電化學(xué)二氧化碳還原反應(yīng)(CO₂RR)生產(chǎn)高附加值的燃料為緩解能源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)全球碳中和提供了一條可持續(xù)的途徑。與氣相產(chǎn)品相比，液態(tài)產(chǎn)品具有更高的體積能量密度，以及它們更容易儲(chǔ)存和分配。特別是，甲酸或甲酸(HCOOH)作為一種重要的原料被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、防腐劑、電解冶金和皮革生產(chǎn)等。

迄今為止，所報(bào)道的電催化劑都未能滿足CO₂RR的法拉第效率(FE)超過90%和長期運(yùn)行至少100小時(shí)的商業(yè)化要求。此外，在典型的H型或流動(dòng)池反應(yīng)裝置中，產(chǎn)生的液體產(chǎn)品通常與可溶性電解質(zhì)混合，需要額外的能源用于下游分離過程。因此，迫切需要開發(fā)高效的電催化劑和不溶性電解質(zhì)體系，以獲得高純度的液體燃料產(chǎn)品。

近日，重慶大學(xué)周小元、甘立勇和韓廣等通過自模板轉(zhuǎn)化和電化學(xué)還原策略設(shè)計(jì)并合成了強(qiáng)耦合的Ag/Sn-SnO₂納米線。得益于優(yōu)化的電子結(jié)構(gòu)、優(yōu)越的電導(dǎo)率和豐富的反應(yīng)活性位點(diǎn)，所得到的Ag/Sn-SnO₂ NSs表現(xiàn)出優(yōu)異的CO₂RR性能，其CO₂部分電流密度達(dá)到安培級(jí)(2000 mA cm^-2)，對(duì)CO₂電還原生成HCOOH的選擇性接近于90%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于以前報(bào)道的催化劑。

同時(shí)，該催化劑在200 mA cm^-2電流密度下連續(xù)運(yùn)行200小時(shí)而沒有發(fā)生明顯的活性衰減，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。

原位光譜和理論計(jì)算表明，Ag納米粒子的耦合作用誘導(dǎo)Sn-SnO₂表面Sn位點(diǎn)發(fā)生電子富集，從而促進(jìn)了關(guān)鍵的*OCHO中間體的生成，并降低了*OCHO向*HCOOH轉(zhuǎn)化的能壘，促進(jìn)了反應(yīng)的快速進(jìn)行。

值得注意的是，為了解決下游分離成本問題，研究人員將多孔固體電解質(zhì)(PSE)層引入到以Ag/Sn-SnO₂ NSs作為陰極催化劑的膜電極組件反應(yīng)器(MEA)中，該組件能夠連續(xù)工作200小時(shí)，并將CO₂還原為約0.12 M的純HCOOH溶液?？偟膩碚f，該項(xiàng)工作對(duì)進(jìn)一步開發(fā)先進(jìn)的電催化劑和創(chuàng)新的裝置系統(tǒng)，促進(jìn)CO₂還原制取液體燃料的實(shí)際應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

Strongly coupled Ag/Sn–SnO₂ nanosheets toward CO₂ electroreduction to pure HCOOH solutions at ampere-level current. Nano-Micro Letters, 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01264-6