Tuning the Composition of Bimetallic Electrodeposited Sn-Pb Catalysts for Enhanced Activity and Durability in CO<sub>2</sub> Electroreduction to Formate
Notice bibliographique
Résumé
Efficient and durable catalysts are needed to convert CO2 to value added products. In recent years, extensive research has been done on tin (Sn) because of its high faradaic efficiency for producing formate (HCOO-) from CO2 [1–5] and lead (Pb) because of its high hydrogen evolution (HER) overpotential [4, 6]. In our recent study [7], bimetallic Sn-Pb catalysts with five different Sn/Pb atomic ratios were electrodeposited on Teflonated carbon paper and non-Teflonated carbon cloth using both metal fluoroborate- and metal oxide-containing deposition media to produce catalysts for electrochemical reduction of CO2 (ERC) to HCOO-. The interaction between catalyst composition, morphology, substrate and deposition media was investigated by cyclic voltammetry followed by chronoamperometry at -2.0 V vs. Ag/AgCl for 2 h in 0.5 M KHCO3. Sn majority catalysts with 15 to 35 atomic % Pb generated faradaic efficiencies up to 95% with stable performance. Pure Sn catalysts on the other hand, in spite of high initial stage formate production rates, experienced extensive (up to 30%) decrease of the faradaic efficiency. The decrease in faradaic efficiency is most likely due to the reduction of the SnO2 layer to metallic Sn0 during formate production. This newly formed Sn0 surface is no longer active for CO2 reduction to formate but instead preferentially produces parasitic H2. XRD results demonstrated the presence of polycrystalline SnO2 after electrolysis using Sn-Pb catalysts with 35 atomic % Pb and its absence in case of pure Sn. It is proposed that the presence of Pb (15 to 35 at %) in Sn majority catalysts stabilized SnO2, which is responsible for the enhanced faradaic efficiency and catalytic durability in ERC. Our results point to a promising strategy for increasing the durability of Sn based catalyst materials for ERC. Oloman C, Li H (2008) Electrochemical Processing of Carbon Dioxide. ChemSusChem 1:385–391. doi: 10.1002/cssc.200800015 Li H, Oloman C (2005) The Electro-Reduction of Carbon Dioxide in a Continuous Reactor. J Appl Electrochem 35:955–965. doi: 10.1007/s10800-005-7173-4 Bumroongsakulsawat P, Kelsall GH (2015) Tinned graphite felt cathodes for scale-up of electrochemical reduction of aqueous CO2. Electrochimica Acta 159:242–251. doi: 10.1016/j.electacta.2015.01.209 Alvarez-Guerra M, Del Castillo A, Irabien A (2014) Continuous electrochemical reduction of carbon dioxide into formate using a tin cathode: Comparison with lead cathode. Chem Eng Res Des 92:692–701. doi: 10.1016/j.cherd.2013.11.002 Chen Y, Kanan MW (2012) Tin Oxide Dependence of the CO2 Reduction Efficiency on Tin Electrodes and Enhanced Activity for Tin/Tin Oxide Thin-Film Catalysts. J Am Chem Soc 134:1986–1989. doi: 10.1021/ja2108799 Innocent B, Liaigre D, Pasquier D, Ropital F, Léger J-M, Kokoh KB (2009) Electro-reduction of carbon dioxide to formate on lead electrode in aqueous medium. J Appl Electrochem 39:227–232. doi: 10.1007/s10800-008-9658-4 Gyenge EL, Moore CE (2017) Tuning the Composition of Bimetallic Electrodeposited Sn-Pb Catalysts for Enhanced Activity and Durability in CO2 Electroreduction to Formate. ChemSusChem 17:3512-3519 . doi: 10.1002/cssc.201700761 Figure 1. Cumulative formate production faradaic efficiency (FE) (a, c) and total moles of formate synthesized (b, d) for catalysts produced by electrodeposition using the fluoroborate bath. Chronoamperometry at -2.0 V vs Ag/AgCl in 0.5 M KHCO3 at 293 K for 2 hours. Substrates: (a, b) teflonated carbon paper and (c, d) carbon cloth. Figure 1
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».