随着大气CO2浓度的不断增加,CO2的资源化技术越来越受到重视。而将CO2还原成燃料有利于环境和能源可持续发展。
因此,中科院陈航榕、刘建军和加拿大魁北克大学国立科学研究院(INRS)孙书会等通过简单的水热结晶策略设计了一种Pt原子分散到SnO2中的纳米催化剂(Pt NPs/SnO2),以实现高选择性电化学CO2RR。
不饱和O配位以及Pt和SnO2载体之间的强相互作用可以稳定Pt原子。在 SnO2中掺杂Pt原子可以诱导电荷重新分布并调整活性电子状态,从而提高CO2还原过程中反应中间体-SnO2键的强度。
另外,由于低氧化态Pt2+的存在,形成的低配位Pt原子不仅可以提高CO2吸附性能,而且能够提高产物选择性。
DFT 计算表明,在SnO2中掺杂Pt可以诱导电荷重新分布并调节活性电子态,对中间体CO2*、HCOO*和HCOOH*表现出更高的吸附能,更有利于促进CO2加氢为HCOO*而不是进行HER。
在-1.2 V vs. RHE下,Pt NPs/SnO2上HCOO–的法拉第效率为82.1±1.4%,产生速率为5105 μmol h-1 cm-2。此外,连续反应约8小时后,Pt NPs/SnO2上电流密度和HCOO–的法拉第效率保持不变,表明该催化剂具有高稳定性。
Tuning Selectivity of Electrochemical Reduction Reaction of CO2 by Atomically Dispersed Pt into SnO2 Nanoparticles. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.133035