面向高电流密度CO2还原的锡泡沫电极工程化：可持续甲酸生产新路径

《ChemElectroChem》：Engineering Tin Foam Electrodes for High-Rate CO2 Reduction: A Pathway to Sustainable Formic Acid Production

　　

将CO₂电化学转化为能源载体或高附加值化学品，对于高效回收CO₂并减轻其温室效应具有重要意义。甲酸（FA）是最具吸引力的CO₂电还原产物之一，可在基于无毒且储量丰富的金属（如锡和铋）的催化剂上以高选择性获得。这些电极材料的一个重要问题在于平面电极上实现的电流密度较低。在本研究中，研究人员提出了一种电沉积策略，用于制备具有枝晶结构、高表面积和增强甲酸生产活性的锡（Sn）泡沫电极。采用实验设计（DoE）方法确定了在铜（Cu）载体上的最佳沉积条件。优化后的电极在恒电位和恒电流电解中均表现出优异的性能，显示出较高的甲酸法拉第效率和生产率。最佳结果分别是在恒电位条件下E_app = ?1.20 V（相对于可逆氢电极（RHE））和恒电流控制下J_app = 35 mA cm^?2时获得的。长期电解测试表明该电催化剂具有良好的稳定性，能够维持稳定的高电流密度。有趣的是，这些测试揭示了与阴极电解液中甲酸积累相关的一个前所未有的负面影响。

该研究围绕电化学CO₂还原反应（eCO₂RR）展开。将CO₂电化学转化为能源载体或高附加值化学品，是循环利用温室气体并推动绿色碳利用的重要途径。在众多产物中，甲酸（FA）因在农业、皮革、纺织、化工和医药行业具有广泛用途，且可作为储氢材料而备受关注。锡（Sn）、铋（Bi）等第13–15族金属基催化剂对CO₂还原至FA具有良好选择性，但平板电极因CO₂在水中的溶解度低（25°C、