Exploring dopant effects in stannic oxide nanoparticles for CO2 electro-reduction to formate

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作者
Young‐Jin Ko,Jun-Yong Kim,Woong Hee Lee,Min Gyu Kim,Tae‐Yeon Seong,Jongkil Park,YeonJoo Jeong,Byoung Koun Min,Wook‐Seong Lee,Dong Ki Lee,Hyung‐Suk Oh
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:109
标识
DOI:10.1038/s41467-022-29783-7
摘要

The electrosynthesis of formate from CO2 can mitigate environmental issues while providing an economically valuable product. Although stannic oxide is a good catalytic material for formate production, a metallic phase is formed under high reduction overpotentials, reducing its activity. Here, using a fluorine-doped tin oxide catalyst, a high Faradaic efficiency for formate (95% at 100 mA cm-2) and a maximum partial current density of 330 mA cm-2 (at 400 mA cm-2) is achieved for the electroreduction of CO2. Furthermore, the formate selectivity (≈90%) is nearly constant over 7 days of operation at a current density of 100 mA cm-2. In-situ/operando spectroscopies reveal that the fluorine dopant plays a critical role in maintaining the high oxidation state of Sn, leading to enhanced durability at high current densities. First-principle calculation also suggests that the fluorine-doped tin oxide surface could provide a thermodynamically stable environment to form HCOO* intermediate than tin oxide surface. These findings suggest a simple and efficient approach for designing active and durable electrocatalysts for the electrosynthesis of formate from CO2.
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