Restraining Interfacial Cu2+ by using Amorphous SnO2 as Sacrificial Protection Boosts CO2 Electroreduction

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作者
Binbin Jia,Lidong Li,Chuang Xue,Jianxin Kang,Yuandong Niu,Tianqi Guo,Zhongchang Wang,Qizheng Huang,Shaojun Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (40): e2305587-e2305587 被引量:55
标识
DOI:10.1002/adma.202305587
摘要

The electrochemical carbon dioxide reduction reaction (CO2 RR) to formate is of great interest in the field of electrochemical energy. Cu-based material is an appealing electrocatalyst for the CO2 RR. However, retaining Cu2+ under the high cathodic potential of CO2 RR remains a great challenge, leading to low electrocatalytic selectivity, activity, and stability. Herein, inspired by corrosion science, a sacrificial protection strategy to stabilize interfacial crystalline CuO through embedding of active amorphous SnO2 (c-CuO/a-SnO2 ) is reported, which greatly boosts the electrocatalytic sensitivity, activity, and stability for CO2 RR to formate. The as-made hybrid catalyst can achieve superior high selectivity for CO2 RR to formate with a remarkable Faradaic efficiency (FE) of 96.7%, and a superhigh current density of over 1 A cm-2 that far outperforms industrial benchmarks (FE > 90%, current density > 300 mA cm-2 ). In situ X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray diffractionexperimental and theoretical calculation results reveal that the broadened s-orbital in interfacial a-SnO2 offers the lower orbital for extra electrons than Cu2+ , which can effectively retain nearby Cu2+ , and the high active interface significantly lowers the energy barrier of the limited step (* CO2* HCOO) and enhances the selectivity and activity for CO2 RR to formate.
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