自工业化以来，化石能源过度消耗，破坏了自然碳循环，导致全球大气中CO2浓度以惊人速度上升，进而引发一系列环境与气候问题，解决这一问题的有效手段之一是设计高效催化剂将CO2电化学还原为有价值的单碳或多碳产物。在诸多催化剂中，银基催化剂以优越的催化活性与较低的成本受到广大研究者们的青睐，但如何使催化剂在低电位下具有高选择性依然是研究的主要挑战。
近日，北京科技大学耿东生课题组以Ag/SnO2材料为研究对象，使用硝酸银(AgNO3)与三水合锡酸钾(K2SnO3·3H2O)为前驱体，采用一锅油浴法制备了具有不同SnO2含量的Ag/SnO2-x (x=8%, 15%, 30%, Sn的原子百分比)复合物材料。结果表明，与不含SnO2的纯银相比，Ag/SnO2-x复合材料具有更大的电化学活性面积；非晶态的SnO2与多晶Ag均匀分布在复合物中，形成了丰富的晶体缺陷结构。
图1. a) Ag/SnO2-15%复合物的高分辨透射电子显微镜图像显示的缺陷位点细节; b)Ag与Ag/SnO2复合物XRD图谱。 电化学测试结果表明复合物展现出较低过电位下对C1物种极高的法拉第效率与能量效率，其中Ag/SnO2-15%对CO2还原表现出最佳的催化活性，产CO的法拉第效率可以达到99.2%。在将C1部分电流密度归一化到电化学活性面积以后，Ag/SnO2-15%仍表现出增强的C1部分电流，表明了该复合物催化剂本征活性的提高。研究证实SnO2诱导Ag形成的丰富结构缺陷对形成CO的关键中间体*COOH具有更强的吸附能力与更优的热力学反应路径，从而导致该催化剂在低过电位下的高法拉第效率。除此之外还发现适量的SnO2对氢气析出反应的抑制作用，这使得复合物Ag/SnO2-15%可以在宽至600 mV的电化学窗口内保持90%以上的CO法拉第效率。该工作通过定向缺陷工程为提高CO2-CO转化效率提供了一条切实可行的途径，同时也证明了复合物材料中组分间的协同作用。 图2. a)在Ar与CO2饱和环境下线性扫描伏安曲线; b)Ag/SnO2-15%的法拉第效率统计结果; c)Ag和Ag/SnO2-15%能量效率比较结果; d)Ag与Ag/SnO2复合物H2法拉第效率折线统计结果。 论文信息： Enhanced electrochemical reduction of CO2 to CO on Ag/SnO2 by synergistic effect of morphology and structural defects Meng Li, Yue Hu, Dawei Wang, Dongsheng Geng* 文章第一作者为北京科技大学研究生李猛 Chemistry – An Asian Journal DOI: 10.1002/asia.202100718
