纳米多孔二氧化锡作为一类新型的电催化剂，能够高效地将二氧化碳(CO2)转化为甲酸(HCOOH)和一氧化碳(CO)等C1产物，在制药、储氢和燃料电池等工业催化领域具有广泛的应用前景。模板法是构筑纳米多孔结构的有效方法之一，它能够营造出尺寸均匀孔道环境，提供丰富的催化活性位点，因此成为近年来无机合成领域的研究热点。然而，目前用于制备纳米多孔二氧化锡的模板法存在试验参数难以调控（温度、溶剂、搅拌速率等）、制备步骤复杂繁琐（模板剂的引入和去除）、药品原料危害环境（使用腐蚀性酸、碱）等缺点，难以符合绿色、高效的合成理念。因此，开发新的模板合成技术将极大促进纳米多孔材料科学的发展。
近年来，天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院的王凯耀副研究员领导的科研团队研发出一系列由有机胺阳离子和无机阴离子框架构成的金属硫属化物晶体材料（Chem. Commun., 2018, 54, 4806-4809; Inorg. Chem., 2019, 58, 2942-2953; Inorg. Chem., 2019, 58, 12832-12842; Chem. Commun., 2019, 55, 13884-13887; Chem. Commun., 2020, 56, 3409-3412; Inorg. Chem., 2020, 59, 9638-9647; Inorg. Chem., 2020, 59, 13822-13826）。该类材料中的有机胺阳离子具有挥发性，能够在相对比较温和的温度下去除，有助于形成多孔结构；同时金属硫属化物在加热条件下容易与氧气(O2)发生反应，因此，可以通过简单的加热处理来实现从有机导向的金属硫属化物向纳米多孔金属氧化物的转化。
近日，该团队选择在低共熔溶剂（deep eutectic solvents，DESs）中合成的、含胆碱阳离子的硒化锡层状材料[(CH3)3N(CH2)2OH]2[Sn3Se7]•H2O（Ch-Sn3Se7）作为前驱物，通过在空气下的简单的一步加热处理，制备出孔径可调的纳米多孔二氧化锡（P-SnO2）材料，其比表面积最高可达36.1 m2 g-1（图1）。用P-SnO2材料制备的电极对CO2还原反应展现出优异的催化活性，在-0.96 ~-1.26 V vs. RHE的电位区间对C1产物的选择性高于90 %（最大值为94.5 %），并且在至少100 h的测试中能够保持良好的稳定性，产物的法拉第效率和电流密度均无明显衰减。随着催化时间延长，部分的SnO2组分会经历SnO2-SnO-Sn的转变过程，并伴随着多孔结构中SnO2颗粒的逐渐粉化，这为反应提供了丰富的活性位点，使得电极能够长时间保持较高的催化活性。
图1. 通过Ch-Sn3Se7晶体前驱物制备多孔二氧化锡材料（P-SnO2）及其用于电催化二氧化碳还原的示意图。
该项工作从前驱物晶体结构设计的角度为纳米多孔材料的制备提供了新的研究思路。这一成果发表在ACS Sustainable Chem. Eng.上，第一作者为博士研究生张顺，通讯作者为王凯耀副研究员。该工作得到了国家自然科学基金、天津市自然科学基金等项目的支持。
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Conversion of Organically Directed Selenidostannate into Porous SnO2 Exhibiting Effective Electrochemical Reduction of CO2 to C1 Products
Shun Zhang, Meng Sun, Kai-Yao Wang,* Lin Cheng, Shu Zhang, Cheng Wang
ACS Sustainable Chem. Eng., 2021, 9, 2358-2366, DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c08634
王凯耀，天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院副研究员，长期从事晶体硫属化物功能材料的制备、晶体结构和功能研究。以第一作者/独立通讯作者在Coord. Chem. Rev.、J. Mater. Chem. A、Chem. Commun.、Chem. Eur. J.、Inorg. Chem.等期刊发表论文20余篇。
https://www.x-mol.com/university/faculty/49738
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