SnO₂/γ-Al₂O₃粒子电极制备及其电催化还原CO₂产甲酸性能研究

摘要

【目的】电催化还原CO₂（CO₂RR）是降低大气中CO₂浓度的绿色可行方案，制备高催化性能和稳定性的催化剂尤为重要。【方法】以γ-Al₂O₃粒子为载体，采用浸渍-焙烧法制备了SnO₂/γ-Al₂O₃粒子电极用于电催化还原CO₂产甲酸来测试其性能，并结合物化分析、电化学测试及长周期实验等手段对粒子电极的微观结构、物相组成、电催化活性、产甲酸性能和稳定性进行了探讨。【结果】物化分析结果表明，负载SnO₂前后的形貌由孔洞和裂痕状为主转变为裂层状，比表面积自310.18 m²/g增加到352.70 m²/g,粒子电极中Sn含量占比48.32%,SnO₂成功分散负载到γ-Al₂O₃表面。据电化学测试所得，SnO₂/γ-Al₂O₃粒子电极的伏安电量（扫速50 mV/s）、交换电流密度和析氢电阻分别为40 mC、20.02μA/cm²和96.86Ω,与γ-Al₂O₃相比分别提高了37.93%、75.46%和6.80%,大幅提升CO₂RR活性的同时有效抑制了析氢副反应。SnO₂/γ-Al₂O₃粒子电极表现出良好的CO₂RR特性，反应时间2 h的产甲酸速率为70.35μmol·h^-1·cm^-2,电流密度为4.94 mA/cm²,法拉第效率和能量效率分别为79.05%、24.51%;经过12 h连续电解，产甲酸法拉第效率仍高于67.81%,说明制备的SnO₂/γ-Al₂O₃粒子电极具有较强稳定性。

关键词

CO₂电催化还原 / SnO₂/γ-Al₂O₃粒子电极 / 产甲酸性能 / 电极稳定性