Heterophase engineering of SnO2/Sn3O4 drives enhanced carbon dioxide electrocatalytic reduction to formic acid

材料科学 法拉第效率 催化作用 甲酸 二氧化碳电化学还原 化学工程 纳米技术 化学 电极 阳极 有机化学 工程类 物理化学 一氧化碳
作者
Jun Wu,Ying Xie,Shichao Du,Zhiyu Ren,Peng Yu,Xiuwen Wang,Guiling Wang,Honggang Fu
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:63 (11): 2314-2324 被引量:52
标识
DOI:10.1007/s40843-020-1361-3
摘要

Sn-based electrocatalysts have been gaining increasing attention due to their potential contribution in the conversion of CO2 into HCOOH driven by sustainable energy sources; however, their actual capability to catalyze CO2 reduction reaction (CO2RR) still cannot meet the requirements of commercial-scale applications. Therefore developing Sn-based catalyst is of vital importance. Herein, the sheet-like heterophase SnO2/Sn3O4 with a high density of phase interfaces has been first engineered by a facile hydrothermal process, with Sn3O4 as the dominant phase. The evidences from experiments and theoretical simulation indicate that the charge redistribution and built-in electric field at heterophase interfaces boost CO2 adsorption and HCOO* formation, accelerate the charge transfer between the catalysts and reactants, and ultimately greatly elevate the intrinsic activity of the heterophase SnO2/Sn3O4 towards CO2RR. Meanwhile, the in-situ generated porous structure and metal Sn during CO2 RR improve the mass transmission within the interlayer volume and the conductivity of SnO2/Sn3O4. The heterophase SnO2/Sn3O4 displays high activity and selectivity for CO2RR, achieving an improvement in CO2 reduction current density, 88.3% Faradaic efficiency of HCOOH conversion at −0.9 VRHE, along with a long-term tolerance in CO2RR. This study demonstrates that heterophase interface engineering is an efficient strategy to regulate advanced catalysts for different applications.
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