加拿大国家研究院(魁北克)材料能源研究所（INRS-EMT）Daniel Guay等通过在较大的负电流中进行电化学沉积，合成了Sn₁Pb₃合金催化剂。该合金催化剂具有多孔蜂窝状主体结构和树枝状次级结构，CO₂电化学还原起始电压比对比树枝状的Pb低80 mV，在-1.16~-1.56 V的电压区间内法拉第效率接近100 %。通过DFT计算研究方法解释了合金材料中电催化反应起始电压降低的原因，发现计算结果和实验能够很好的相符。

本文要点：

（1）

Sn₁Pb₃合金催化剂电催化CO₂还原起始电压为-1.01 vs. SHE，比树枝状Pb的电压低80 mV，在流动相电化学池系统中，0.5 V过电势中电流密度达到17.2 mA cm^-2 (295 μmol h^-1 cm^-2)，同时甲酸盐的法拉第效率达到92 %。

（2）

DFT计算结果显示，Pb(100)和Sn₁Pb₃(100)晶面表面上电化学还原都通过形成HCOO*中间体物种进行反应，由此选择性生成甲酸/甲酸盐。DFT计算结果显示在Sn₁Pb₃(100)和Pb(100)晶面上甲酸盐合成起始电压分别为0.99 V和1.33 V（实验中的对应的结果分别为1.01 V和1.08 V）。在Sn₁Pb₃(100)晶面上的HCOO*吸附强度弱于在Pb(100)晶面，并导致起始电压降低。该结果符合Sabatier规则，即反应中间体物种的吸附强度需要适中。本结果展示了对溶剂分子的考虑在对反应中间体物种计算过程中的重要性，特别是在这种HCOO*中间体物种和水分子之间有较强相互作用的情况。

参考文献

Mengyang Fan, Mohammad J. Eslamibidgoli, Xinwei Zhu, Sebastien Garbarino, Ana C. Tavares, Michael H. Eikerling, and Daniel Guay*

Understanding the Improved Activity of Dendritic Sn₁Pb₃ Alloy for the CO₂ Electrochemical Reduction: A Computational-Experimental Investigation

DOI: 10.1021/acscatal.0c01785

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01785