《ChemSusChem》：非晶ZnSnO_x中空球实现高效CO₂还原

Amorphous ZnSnO_x Hollow Spheres Enable Highly Efficient CO₂ Reduction

Hanjun Li, Yao Chen, Honggang Huang, Zijing Cheng, Shuxing Bai, Feili Lai, Nan Zhang,* and Tianxi Liu*

ChemSusChem 2024, DOI:10.1002/cssc.202301694

电化学CO₂还原反应（CO₂RR）是利用可再生能源将CO₂转化为化学能的有效途径之一。增强电催化剂对CO₂的吸附和活化是实现CO₂高效转化的关键。其中，非晶材料中低的有序度和高的随机取向键，使其具有丰富的表面活性位点。此外，大的比表面积可进一步提升其暴露活性位点的数量并增强吸附和传质，进而提高CO₂转化效率。中空结构是一类较为典型的具有大比表面积的材料，在催化领域引起了广泛关注。因此，构建具有中空结构的非晶材料用于CO₂RR，有望增强对CO₂的吸附和活化，但是由于其结构特殊性，开发产量高且结构均一的非晶中空结构仍然具有较大的挑战性。

基于此，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组提出“热力学驱动转化”策略，利用不同形貌的ZnSn(OH)₆为前驱体，开发了一系列ZnSnO_x非晶材料（非晶中空球、非晶实心球、非晶中空立方体及非晶实心立方体）。傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱表明，煅烧过程破坏了氢氧化物ZnSn(OH)₆中原有的O-H键，并形成多个悬空键，从而诱导了ZnSnO_x的形成及其无序的内部晶格排列。其中，非晶ZnSnO_x中空球在CO₂RR中产HCOOH的法拉第效率高达92.7%，优于商用ZnSnO_x催化剂（85.7%）。且其在连续电解10 h后活性衰减可忽略不计，表现出优异的催化稳定性。机理研究表明，非晶ZnSnO_x中空球中丰富的活性位点和大的比表面积显著增强了CO₂吸附并促进了传质。原位衰减全反射红外吸收光谱进一步揭示了非晶ZnSnO_x中空球对CO₂吸附增强及促进反应中间构型转变的关键作用。这项工作展示了非晶ZnSnO_x中空催化剂在CO₂RR上的实际应用，为创建高效的CO₂RR电催化剂提供了新见解。

本论文第一作者为化工学院博士研究生李晗君，通讯作者为刘天西教授和张楠副教授。

论文链接：http://dx.doi.org/10.1002/cssc.202301694.