Enhanced electrocatalytic CO2 reduction through constructing chemically homogeneous interfaces via ultrathin carbon encapsulated tin oxide

材料科学 氧化锡 电催化剂 碳纤维 氧化物 同种类的 还原(数学) 化学工程 无机化学 纳米技术 电极 电化学 冶金 复合材料 物理化学 化学 物理 几何学 数学 复合数 工程类 热力学
作者
Zongdeng Wu,Di Yao,Peng Zhao,Haiyan Jing,Keren Lu,Boyuan Liu,Xifeng Xia,Lei Wu,Qingli Hao
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:127: 109729-109729 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109729
摘要

Electrocatalytic CO2 reduction to high-value chemicals has significant potential to combat environmental and energy crises. The strength and mode of adsorption of reaction species play a crucial role in determining the CO2 reduction products. Therefore, it is vital to construct catalytic interfaces with high catalytic activity, selectivity and chemically homogeneous for efficient CO2 reduction. Herein, ultra-thin carbon layer encapsulated sub-5 nm SnO2 quantum dots (SnO2@u-C) has been prepared by Sn-MOFs derivation for efficient electrocatalytic CO2 reduction. Specifically, the Faradaic efficiency of formate (FEformate) and energy efficiency of formate production (EEformate) exceed 80 % and 50 % respectively, over a wide potential range, with the highest value reaching 95.7 % for FEformate and 58.2 % for EEformate. Moreover, SnO2@u-C electrode shows excellent stability over 10 h with FEformate about 89 % at −1.17 V versus reversible hydrogen electrode. DFT calculations and experimental characterization reveal that the ultrathin carbon layer coating on the surface of SnO2 forms a chemically homogeneous catalytic interface, facilitating the adsorption and conversion of reaction species to achieve exceptional formate selectivity. Moreover, the carbon layer builds a three-dimensional rapid electron conduction network that supports electron transfer to CO2 molecules and suppressing SnO2 reduction.
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