法拉第效率917张亚文*勃龙异质结助
第一作者：QianZhang，MingziSun（共一）通讯作者：*勃龙教授,张亚文教授通讯单位：香港理工大学，北京大学DOI：10./acscatal.3c全文速览本文报道了一种限制在石墨氮化碳（g-C?N4）纳米片上的超小SnO?纳米点（~2nm）的0D/2D异质结结构，用于促进CO?制甲酸盐。实验和理论研究表明，g-C?N4丰富的N和高度分散的SnO?纳米点协同导致了强烈的金属氧化物和载体相互作用，其中，SnO?/g-C?N4中的大量异质结界面主要通过p?p轨道耦合诱导了电子从富电子的g-C?N4到SnO?的有效转移。因此，SnO?/g-C?N4异质结展示了优异的CO?RR制甲酸盐活性和稳定性。此外，此工作所提出的0D/2D异质结策略被扩展到In?O?/g-C?N4体系，为在高价值化学品生产中实现电化学CO?还原反应（CO?RR）的高效催化剂的开发提供了一种通用策略。本文亮点1.独特的结构（普适性）：超小的SnO?-NDs被限制在大量N配位g-C?N4-NSs上，所制备的SnO?/g-C?N4具有独特的多孔层状结构和丰富的异质结界面活性位点。（0D/2D异质结结构被成功扩展到In?O?/g-C?N4）。2.优异的性能：在?0.88V下的法拉第效率为91.7%，在?0.48至?1.08V的宽电位范围内，所制备SnO?/g-C?N4催化剂显示出93%的C1产物选择性和优异的稳定性。背景介绍通过电化学CO?RR将CO?转化为高值化学产品是追求碳中和、解决能源短缺和环境问题的有效途径。然而，由于CO?分子的化学惰性，CO?RR通常需要高过电位来克服缓慢的动力学。同时，CO?RR涉及多个质子和电子转移过程，并受到竞争性析氢反应的影响，这导致法拉第效率（FE）和产物选择性较低。因此，开发具有优异的产物选择性，能够在低过电位下加速CO?RR过程的FEs的高效催化剂对于提高CO?RR的能量效率是必不可少的。图文解析1.催化剂形貌和结构表征利用湿化学和热解方法成功地制备了负载在g-C?N4纳米片上的SnO?-ND的0D/2D异质结结构。
图1
催化剂合成示意图及形貌和结构表征
g-C?N4向原位形成的SnO?提供了电子，改变了SnO?物种和g-C?N4衬底的整体电子结构。图2
催化剂精细结构分析
2.优异的电化学CO?RR性能实验证明SnO?/g-C?N4是用于CO?RR的有效且稳定的催化剂。SnO?NDs的尺寸和负载量对SnO?和g-C?N4之间的界面相互作用有显著影响，最佳的异质结界面效应进一步有助于SnO?/g-C?N4优异的甲酸盐选择性。图3
催化剂的CO?RR性能测试结果
3.催化机理解析图4
电化学CO?RR机制分析
图5
XPS和FE数据
DFT计算表明，SnO?尺寸的增加可能导致电催化活性降低。异质结界面的p?p轨道耦合诱导了电子从富电子的g-C?N4到SnO?的有效转移。图6DFT计算数据总结与展望综上所述，本文采用湿化学和热解策略成功构建了0DSnO?-ND修饰的2Dg-C?N4NSs异质结结构。实验结果表明，只有在前驱体中适量添加金属盐时，原位形成的SnO?ND晶体才会呈超小尺寸分布(约2.0nm)，并且SnO?/g-C?N4具有合适的多孔结构。由于g-C?N4中含有大量未配对电子的N原子，这引起了很强的异质结界面效应和电子从g-C?N4到SnO?-NDs的转移能力，从而有利于SnO?-NDs稳定负载在g-C?N4NSs上。由于上述因素，0D/2DSnO?/g-C?N4异质结展示了良好的CO?RR活性和稳定性。本研究为进一步了解基于g-C?N4的0D/2D异质结结构的稳定和功能机制，以及为合理设计适用于宽工作电位窗口的高活性和耐用的电催化剂提供了新的思路。文献来源QianZhang,MingziSun,Chen-YueYuan,Qi-WenSun,BolongHuang,HaoDong,Ya-WenZhang,StrongElectronicCouplingEffectsattheHeterojunctionInterfaceofSnO2Nanodotsandg-C3N4forEnhancedCO2Electroreduction,ACSCatal.,.DOI:10./acscatal.3c文献链接：
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