Interfacial Electronic Interaction in Amorphous–Crystalline CeOx‐Sn Heterostructures for Optimizing CO2 to Formate Conversion

材料科学 无定形固体 格式化 异质结 化学工程 电子结构 纳米技术 结晶学 化学物理 光电子学 催化作用 计算化学 化学 有机化学 工程类
作者
Ying Zhu,Xiang Sun,Rong Zhang,Xiaochen Feng,Ying Zhu
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202400191
摘要

Abstract Formate, a crucial chemical raw material, holds significant promise for industrial applications in the context of CO 2 electroreduction reaction (CO 2 RR). Despite its potential, challenges, such as poor selectivity and low formation rate at high current densities persist, primarily due to the competing hydrogen evolution reaction (HER) and high energy barriers associated with *OCHO intermediate generation. Herein, one‐step chemical co‐reduction strategy is employed to construct an amorphous–crystalline CeO x ‐Sn heterostructure, demonstrating remarkable catalytic performance in converting CO 2 to formate. The optimized CeO x ‐Sn heterostructures reach a current density of 265.1 mA cm −2 and a formate Faraday efficiency of 95% at −1.07 V versus RHE. Especially, CeO x ‐Sn achieves a formate current density of 444.4 mA cm −2 and a formate production rate of 9211.8 µmol h −1 cm −2 at −1.67 V versus RHE, surpassing most previously reported materials. Experimental results, coupled with (density functional theory)DFT calculations confirm that robust interface interaction between CeO x and Sn active center induces electron transfer from crystalline Sn site to amorphous CeO x , some Ce 4+ of CeO x get electrons and convert to unsaturated Ce 3+ , optimizing the electronic structure of active Sn. This amorphous–crystalline heterostructure promotes electron transfer during CO 2 RR, reducing the energy barrier formed by *OCHO intermediates, and thus achieving efficient reduction of CO 2 to formate.
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