电化学还原二氧化碳（CO₂RR）被认为是将CO₂转化为增值化学品的一种有前途的策略。探索和开发高性能，高活性，高选择性和鲁棒稳定性的电催化剂，是实现高效电化学还原二氧化碳（CO₂RR）的必要条件。考虑到各种CO₂RR产品，甲酸盐（HCOOH）是一种液体燃料，具有高能量密度且便于搬运和运输等优势，然而Pb，Hg和Cd等作为生产HCOOH产品的CO₂RR金属基电催化剂由于其高毒性极大地限制了其应用。相反，具有固有的电化学特性，环保且成本相对较低的非贵金属催化剂（铜基，铋基和锡基材料），近年来备受关注。例如，硫化锡引起了人们考虑将硫化锡用以对CO₂选择性转化为HCOOH。然而，由于暴露的活性位点/平面有限以及散装材料中的电荷转移率低，因此，基于硫化锡的材料对HCOOH生产的总体电催化活性和选择性并不令人满意。基于以上，近日，浙江大学侯阳，福建物构所温珍海以及德累斯顿工业大学冯新亮等人合作设计了在交流电压的辅助下，用于大规模制备二维（2D）超薄单硫化锡纳米片（SnS NSs）的可靠的电化学剥离策略，该纳米片的横向尺寸大，厚度为1.0μm 〜5.0 nm。电化学研究表明，所获得的SnS NSs对CO₂还原反应生成甲酸产物表现出出色的电催化活性。其催化性能优于整体的SnS和以前报道的硫化锡基CO₂RR电催化剂。

文章要点：

1）研究人员首先通过Sn和S粉末在500 ℃时的固态反应制备出具有分层结构的块状SnS。接下来，建立一个两电极系统，以体SnS电极作为工作电极，Pt网孔作为对电极，以交流电压在0.5 M Na₂SO₄溶液中进行电化学剥离。在工作电极上施加5.0 V负电压的阴极过程中，SnS夹层边缘会发生析氢反应（HER），当通过在块状SnS上施加3.0 V的正电压调整为阳极过程时，SO₄^2-离子会插入SnS晶体中，同时，通过在SnS夹层之间产生大量的H₂和O₂气体可以连续扩展块状SnS的夹层距离，于是，具有黄色/黑色的剥离的SnS纳米片得以从块状SnS上脱落下来。

2）由于有利的超薄分层特性以及高度暴露的刻面，制备的SnS NSs表现出高的电化学活性和对CO2RR的选择性，同时，Tafel斜率小（180 mV dec-1），法拉第效率（FE）为82.1％，-1.1 V时，产生HCOOH的大部分电流密度为18.9 mA cm^-2。此外，通过粒子转移法制得的所得SnS NSs的电极在很宽的电位窗口内提供了超过91％的高HCOOH F.E.，优于整体的SnS和几乎所有以前报道的硫化锡基CO2RR电催化剂。

3）实验结果和密度泛函理论（DFT）计算表明，与（100）平面相比，SnS NSs中紧密堆叠的（001）高折射率的小平面更易于生成HCOOH。

Chen, Hanlin, et al, Ultrathin Tin Monosulfide Nanosheets with Exposed (001) Plane for Efficient Electrocatalytic Conversion of CO2 into Formate, Chem. Sci., 2020

DOI: 10.1039/C9SC06548B

http://dx.doi.org/10.1039/C9SC06548B