有研究認為，二氧化碳催化轉化制燃料或高值化學品特別是二氧化碳電催化還原制甲酸等，有望實現(xiàn)二氧化碳溫和、清潔轉化。實現(xiàn)安培級的二氧化碳還原電流密度以及高效轉化率，對推動二氧化碳電催化的工業(yè)應用具有重要作用。在中空纖維氣體透散電極中，通入的二氧化碳氣體被強制穿透纖維管壁以接觸活性位點和電解質，增強傳質和三相界面反應，并在已報道的金屬中空纖維電極上實現(xiàn)了安培級的電流密度。因此，有研究預期，將中空纖維電極構型與精心設計的晶面取向的二氧化錫（SnO2）活性位點相結合有望同時實現(xiàn)高選擇性、高活性和穩(wěn)定性產甲酸。

　　中國科學院上海高等研究院魏偉、陳為、宋艷芳團隊在三維中空鎳纖維表面負載一系列晶面取向的二氧化錫納米花，在中性條件下實現(xiàn)了85%轉化率與安培級電流密度高效電催化二氧化碳轉化制甲酸。

　　該研究報道了新型催化電極，能夠在具有豐富孔結構的鎳中空纖維表面可控生長晶面取向的三維多級二氧化錫納米花。這一電極能夠增強傳質并增強三相界面反應。研究顯示，在−1.1 V vs. RHE下、中性電解質中，該電極達到1.3 A cm-2電流密度，甲酸法拉第效率為94±1%，在300小時電解測試中保持性能穩(wěn)定，實現(xiàn)了85%二氧化碳單程轉化率，優(yōu)于目前報道的產甲酸催化劑。電化學實驗、原位光譜結合理論計算表明，增強的三相界面反應、在二氧化碳電還原過程中穩(wěn)定的Sn4+物種以及SnO2（101）晶面取向，利于形成生成甲酸鹽所需的*OCHO中間體，共同促進二氧化碳到甲酸鹽的電催化轉化。

　　上述研究為針對氣體小分子電化學反應設計與可控合成高效復合中空纖維氣體透散電極提供了指導，并為高效二氧化碳電催化轉化制甲酸研究提供了新思路。

　　相關研究成果以Facet-oriented SnO2@Ni hollow fiber enables ampere-level CO2 electroreduction to formate with 85% single-pass conversion為題，在線發(fā)表在《創(chuàng)新》（The Innovation）上。研究工作得到科學技術部“催化科學”重點專項和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。

晶面取向的二氧化錫/鎳復合中空纖維氣體透散電極電還原二氧化碳示意圖