电化学二氧化碳还原反应（CO2RR）是有效应对当前气候变化等环境问题，实现碳捕获、利用和储存的重要手段。其中Cu基催化剂作为重要的CO2RR催化剂，副产物多，过程难以调控，阻碍了高选择性催化剂的设计。近日，大连化物所黄延强研究员、香港城市大学刘彬教授以及清华大学李隽教授等人共同提出了一种不含Cu的Sn基电催化剂，该催化剂在电化学CO2RR制乙醇中展现出高效的催化性能。研究结果表明该催化剂由SnS2纳米片和与三维碳上三个氧原子配位的单个Sn原子组成。在0.9 VRHE条件下，该催化剂的乙醇最大选择性约为82.5%，在较宽的电极电位窗口（-0.6至-1.1 VRHE）内的选择性超过70%。
VASP解读
通过DFT计算了每个反应步骤的自由能变化（ΔG），本文探究电化学CO2RR制乙醇的反应路径。计算结果表明在CO2RR中，质子耦合电子转移（PCET，H+/e−）和Sn-O3(OH)G预催化位点的脱水热力学可行，生成的Sn1-O3中活性位点O原子与载体的C原子之间的键具有柔性。通过对Sn1-O3G催化剂的Bader电荷和差分电荷计算发现Sn原子上的正电荷较高，促进了Sn原子和HCOOH的相互作用。Sn1-O3G 催化剂特有的Sn和O双活性位点，能够吸附*CHO和*CO(OH)中间体，通过*CHO-*CO(OH)偶联途径促进C-C键的形成，为电化学CO2RR制乙醇过程中C-C键的形成提供了平台。
这项研究为开发高效的电催化CO2RR催化剂提供了新的思路，同时也揭示了Sn基催化剂在此反应中的催化机制。
A tin-based tandem electrocatalyst for CO2 reduction to ethanol with 80% selectivity. Nat Energy, 2023, DOI:10.1038/s41560-023-01389-3.
