酸性CO₂到HCOOH电解代表了增值CO₂转化的可持续途径。然而，酸中的竞争性析氢反应(HER)仍然是选择性CO₂至HCOOH生产的巨大挑战，尤其是在工业级电流密度下。通过抑制HER和调整CO₂还原中间体，主族金属硫化物衍生的S掺杂金属已证明在碱性和中性介质中增强了CO₂到HCOOH的选择性。然而，在酸性介质中，在工业级HCOOH生产的大还原电位下稳定这些衍生的硫掺杂剂在金属表面仍然具有挑战性。

近日，阿德莱德大学乔世璋教授通过SnS预催化剂的相工程(π-SnS)在工业电流密度下实现了酸性CO₂到HCOOH的生产（pH=3）。

文章要点

1）与α-SnS的常规相相比，π-SnS具有更强的金属-S结合强度，导致在大CO2RR电流密度下更高的S残留，这已通过理论模拟和原位表征得到证实。

2）Sn地下的高S含量调节*OCHO覆盖率并促进工业电流密度下CO₂到HCOOH的生产。密度泛函理论(DFT)计算表明，S掺杂的Sn比纯金属Sn具有更强的*OCHO吸附和更弱的*H吸附，导致在高电流密度下高覆盖CO₂-to-HCOOH中间体以选择性生产HCOOH。

3）因此，π-SnS衍生催化剂对HCOOH的最大FE为92.15%，部分HCOOH电流密度为-730 mA cm^-2，酸性介质中单程CO₂利用率为36.43%。

研究为用于高附加值商品化学品生产的相工程电催化剂提供了新的见解。

参考文献

Shen, H., Jin, H., Li, H. et al. Acidic CO2-to-HCOOH electrolysis with industrial-level current on phase engineered tin sulfide. Nat Commun 14, 2843 (2023).

DOI：10.1038/s41467-023-38497-3

https://doi.org/10.1038/s41467-023-38497-3