admin 百科大全 2022-12-26 21:09:16

武汉大学肖巍Angew.：液态金属Sn阴极实现CO2电化学还原！

研究内容

整体碳中和的CO2电还原需要提高CO2衍生产品的转换效率和增强功能性，以平衡CO2电还原与固定CO2的碳足迹。

武汉大学肖巍教授课题组将液态锡（Sn）阴极引入熔盐中CO2的电化学还原中，制备了核壳锡碳球（Sn@C）。原位生成的Li2SnO3/C引导自模板形成Sn@C。得益于液态Sn阴极和Sn@C核壳结构，实现了CO2固定电流效率高于84%，以及Sn@C高可逆锂存储容量。相关工作以“Overall Carbon-neutral Electrochemical Reduction of CO2 in Molten Salts using a Liquid Metal Sn Cathode”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

研究要点

要点1. 作者解释了液体金属阴极/MOx/熔融盐界面的通用化学，促进CO2固定。三个关键标准是建立了用于熔融盐中CO2电化学固定的液态金属阴极的选择规则。首先，候选金属的熔点应低于电解槽的操作温度，以保持液态。第二，MOx的分解电压应低于熔体的分解电压，避免电解质的分解。最后，根据金属和熔融盐之间的相互作用，对满足上述两个要求的液态金属进行分类。以Li2CO3熔体系统为例，可以将熔融的Li2CO3热还原为MOx和碳的金属记为第一类金属（M1＝Sn、Zn、Ga、Ba、Al和Mg），而其他金属记为第二类金属（M2＝Te、Bi、Pb、Sb、Cd和In）。

要点2. 作者提出了通过液态金属阴极上CO2的电还原制备高功能M-C杂化物的一般策略，显示了液态M1阴极上熔融盐中CO2的电化学固定诱导原位M1Ox/C界面和无模板生成核壳M-C球体（M1@C）。当使用液体M2阴极时，原位M2Ox/C界面的缺失导致CO2单独还原为碳，而M2Ox/C阴极的电还原导致生成M2@C。

要点3. 独特的液态Sn阴极/熔盐界面促进了Li2SnO3/C中间体的原位生成，从而提高了CO2电还原的电流效率（84.20%），并随后实现了无模板的核壳生成Sn@C具有优异的锂存储能力（634mAh g-1）。

该工艺集成了高效节能的CO2转换和增值金属-碳的无模板制造，实现了CO2的整体碳中和的电化学还原。使用熔融盐中的液态金属阴极电化学固定CO2，提高了CO2转化效率，并增强了CO2衍生材料的锂储存。这两个因素都有助于提高间歇式可再生能源的有效利用率，反过来也提高了向整体碳中和的情景快速转变的可行性。

研究图文

图1.（a）液态金属阴极合格金属候选材料的性能概述。（b）MOx和熔融盐的分解电压，通过HSC软件计算。（c）CO2的电化学固定示意图。M@C通过液体M1阴极原位热还原Li2CO3以形成M1Ox/C，或通过在碳布上预沉积M2Ox来原位形成M2Ox/C，然后用补充CO32−进行相应的电还原在熔融盐中。

图2.（a）使用液体Sn阴极电化学固定CO2的示意图。（b）液态Sn阴极的结构。（c）电解过程中放电阳极O2的浓度（Δc）。误差条表示平均值 ± 标准偏差（n = 3）。Sn@C的（d）SEM图像、（e，f）TEM图像（f的插图：选区电子衍射图）和（g）元素分布。（h）通过热电化学反应耦合形成Sn@C的示意图。