银氧化物修饰SnO2与Bi2O3电催化剂选择性还原CO2制甲醇与甲酸盐的研究

本研究针对CO2电化学还原（CO2RR）中产物选择性与效率不足的问题，通过种子介导生长法合成AgxO@SnO2和AgxO@Bi2O3纳米电催化剂，结合SEM、XPS、DEMS等技术，揭示其分别优先生成甲醛（72% FE）和甲醇（73% FE）的机制，为可持续碳捕获与高值化学品合成提供新策略。

　　

全球气候变化与温室气体排放的加剧，使得二氧化碳（CO₂）的转化利用成为研究热点。目前，化石燃料相关活动贡献了全球75%的温室气体排放，其中CO₂占比高达90%。电化学CO₂还原反应（CO₂RR）能在常温常压下将CO₂转化为高附加值化学品（如甲醇、甲酸），但面临反应动力学缓慢、产物选择性差等问题。传统铜基催化剂易产生多种副产物，而贵金属（如Au、Ag）成本高且易中毒。因此，开发高效、低成本且选择性强的电催化剂迫在眉睫。

墨西哥国立理工学院团队在《Materials Today Sustainability》发表研究，通过种子介导生长法设计Ag_xO@SnO₂和Ag_xO@Bi₂O₃纳米电催化剂，结合扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）和差分电化学质谱（DEMS）等技术，系统探究其结构与催化性能。

主要技术方法

研究采用CTAB辅助的种子介导生长法合成纳米颗粒，通过SEM/TEM分析形貌与晶格条纹，XRD/XPS确定晶体结构与表面化学态，电化学测试（循环伏安法、计时电流法）评估活性，DEMS实时监测产物分布。

研究结果

1. 1.

   形貌与结构表征

   SEM显示Ag_xO@SnO₂为片状结构（145 nm），Ag_xO@Bi₂O₃呈纳米片状（218 nm）。XPS证实Sn⁴⁺和Bi³⁺主导的氧化态，且表面存在氧空位（O 1s峰530.5 eV），利于CO₂吸附。

2. 2.

   电化学性能

   Ag_xO@Bi₂O₃的电化学活性面积（ECSA）达5.63 cm²·mg^-1，电流密度-8.05 mA·cm^-2，优于Ag_xO@SnO₂（4.51 cm²·mg^-1，-5.05 mA·cm^-2）。Tafel斜率表明Ag_xO@Bi₂O₃电荷转移更快（129 mV·dec^-1）。

3. 3.

   产物选择性

   DEMS揭示Ag_xO@SnO₂优先生成甲醛（FE 72%），而Ag_xO@Bi₂O₃选择性产甲醇（FE 73%），且显著抑制析氢反应（HER，FE≤0.1%）。

结论与意义

该研究通过调控Ag与Sn/Bi氧化物的协同效应，实现了CO₂RR的高选择性转化。Ag_xO@Bi₂O₃的优异性能归因于其纳米片结构、氧空位及优化的电子转移路径，为设计高效CO₂转化催化剂提供了新思路，对可再生能源存储与碳循环技术发展具有重要意义。