Cu-Doped Highly Porous SnO2 for Long-Lasting Acidic CO2 Electroreduction at 1000 mA cm–2

催化作用 多孔性 电解质 电化学 化学吸附 甲酸 化学工程 材料科学 无机化学 兴奋剂 多孔介质 工作(物理) 化学 Boosting(机器学习) 布朗斯特德-洛瑞酸碱理论 氧化还原 甲醇 纳米技术
作者
Kaili Zhu,Bingquan Jia,Licheng Sun,Biaobiao Zhang
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.6c02917
摘要

Abstract Electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) to formic acid (HCOOH) provides a carbon-neutral route. SnO2-based catalysts suffer from limited activity and instability at industrial current densities. We develop a Cu-doped highly porous SnO2 catalyst (SnO2-Cu) that enhances activity and stabilizes the SnO2 framework. The porous structure exposes numerous active sites while confining local OH– within the bulk acid electrolyte, enabling high-current-density operation. Cu doping strengthens CO2 chemisorption and Sn–O bond covalency, boosting CO2RR activity while suppressing SnO2 self-reduction. SnO2-Cu sustains 1000 mA cm–2 for 19 h with 98.5% FE and 800 mA cm–2 for 72 h with 94.1% FE in a flow cell at pH 1.82. It achieves a HCOOH production cost of 722.7 USD tonne–1 in a solid-state electrolyte (SSE) device calculated based on onshore wind power, demonstrating economic competitiveness. This work demonstrates that rational Cu doping of porous SnO2 addresses activity and durability limits, offering an effective platform for high-rate, economically viable HCOOH electrosynthesis.

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