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天津理工魯統(tǒng)部Nano Energy:首次報道!在CuSn合金上CO2還原與CH3OH氧化耦合高效電合成甲酸酯

在現(xiàn)有電催化劑產(chǎn)率較低的情況下,通過同時進(jìn)行的CO2還原反應(yīng)(CO2RR)和高效、高附加值的有機(jī)氧化反應(yīng),在陰極和陽極上電合成單一化學(xué)品是一種很有前途的途徑。
基于此,天津理工大學(xué)魯統(tǒng)部教授等人首次報道了一種分層雙功能CuSn合金電催化劑,通過同時進(jìn)行陰極CO2RR和陽極甲醇氧化反應(yīng)(MOR)高效生產(chǎn)單一甲酸鹽,實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的高甲酸鹽產(chǎn)率3313 μmol h-1 cm-2。
天津理工魯統(tǒng)部Nano Energy:首次報道!在CuSn合金上CO2還原與CH3OH氧化耦合高效電合成甲酸酯
在文中,作者首次設(shè)計了一種具有獨特層次結(jié)構(gòu)的CuSn合金雙功能電催化劑,可同時實現(xiàn)CO2還原和CH3OH氧化生成甲酸鹽。得益于在Cu泡沫上原位生長的CuSn合金納米線的分級結(jié)構(gòu),CuSn合金電催化劑可用作CO2RR與MOR耦合的陰極和陽極,以提供超過100 mA cm-2的高電流密度和甲酸鹽法拉第效率(FE)接近100%。
天津理工魯統(tǒng)部Nano Energy:首次報道!在CuSn合金上CO2還原與CH3OH氧化耦合高效電合成甲酸酯
此外,將CO2RR與MOR耦合生產(chǎn)甲酸鹽只需要2.61 kWh kgformate-1的電力輸入,而將CO2RR與常規(guī)OER耦合所需的電力輸入為4.46 kWh kgformate-1。
通過operando拉曼光譜和密度泛函理論(DFT)計算結(jié)果表明,CuSn合金可以優(yōu)化關(guān)鍵中間體*OCHO在CO2RR中的吸附,并有助于顯著提高甲酸鹽的產(chǎn)量。該工作為簡單地使用單一雙功能電催化劑高效、低成本地工業(yè)電合成甲酸鹽提供了一種有吸引力的策略。
天津理工魯統(tǒng)部Nano Energy:首次報道!在CuSn合金上CO2還原與CH3OH氧化耦合高效電合成甲酸酯
Coupling CO2 Reduction with CH3OH Oxidation for Efficient Electrosynthesis of Formate on Hierarchical Bifunctional CuSn Alloy. Nano Energy, 2022, DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107277.

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