Stabilizing Mixed‐Valence Sn Active Sites With Oxygen Vacancies for Enhanced Acidic CO 2 ‐to‐HCOOH Conversion

催化作用 氧气 法拉第效率 无机化学 甲酸 化学 制氢 电解水 拉曼光谱 本体电解 析氧 电解 过渡金属 金属 电催化剂 材料科学 空位缺陷 可逆氢电极 光化学 化学工程 电化学 氧化还原
作者
Siying Li,Ao Feng,Jia‐Feng Du,Zhi‐you Zhou,Shi‐Gang Sun
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:19 (1): e202502238-e202502238
标识
DOI:10.1002/cssc.202502238
摘要

Electrocatalytic CO2 reduction reaction (CO2RR) converts atmospheric CO2 into valuable chemicals using renewable energy. However, acidic CO2-to-HCOOH electrolysis with high CO2 utilization still faces challenges such as the competing hydrogen evolution reactions, acidic corrosion, and low selectivity. In this study, we synthesized a series of SnO2 catalysts with tunable oxygen vacancy concentrations by high-temperature (300-900°C) calcination. The obtained SnO2-600 catalyst achieved over 90% Faradaic efficiency (FE) across a wide current density range of -0.30 to -1.0 A cm-2, with a peak FE of 96.2% at -1.0 A cm-2, a formic acid production rate of 17.9 mmol h-1 cm-2. The catalyst could maintain 80% FE of HCOOH over 80 h. In situ Raman spectroscopy revealed that under CO2RR conditions, the SnO2-600 catalyst with moderate oxygen vacancies could convert to stable mixed-valence state SnOx (Sn2O3 and Sn3O4) active species, while those without or excessive oxygen vacancies will be over-reduced. This study establishes a correlation between oxygen vacancy and acidic CO2RR performance in Sn-based catalysts, highlighting mixed-valence SnOx species as key active sites and providing a foundation for designing high-activity, stable CO2RR catalysts for industrial applications.
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