酸化スズナノスフェアを使用した CO2 のギ酸塩への高電流密度電解還元

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8420 (2022) この記事を引用

この研究では、25 cm2 の膜電極接合体電解槽デバイスにおいて、優れた H-Cell 性能と工業的に適切な電流密度を備えた、CO2 をギ酸塩に変換するための三次元 (3D) 中空ナノスフェア電極触媒を実証します。焼成温度を変えることで、構成成分である SnO2 ナノ粒子の結晶性と粒子サイズを最適化し、ギ酸塩の生成を最大化しました。最高の性能を発揮する SnO2 ナノスフェア触媒には、約 7.5 nm のナノ結晶が含まれており、最大ギ酸部分電流密度 73 ± で可逆水素電極 (RHE) に対して、-0.9 V ～ -1.3 V の間で 71 ～ 81% のギ酸ファラデー効率 (FE) を生成しました。 RHE に対して -1.3 V で 2 mA cmgeo−2。 SnO2 ナノ粒子や市販の触媒よりもナノスフィア触媒の性能が高いのは、初期構造がより高い電気化学的表面積を提供し、CO2 還元中の広範なナノ結晶の成長を防ぐためであると考えられます。私たちの結果は、水性 H 電池の SnO2 電極触媒について報告されている最高の性能の 1 つです。複数のオン/オフサイクルを使用した 35 時間の動作で、平均 68 ± 8% FE が観察されました。その場ラマンおよび時間依存の X 線回折測定により、長期運転中の電極触媒活性サイトとして金属 Sn が特定されました。 25 cm2 の電解槽セルでのさらなる評価では、24 時間の動作にわたって 500 mA cmgeo-2 の持続電流密度および平均 75 ± 6% のギ酸 FE という優れた性能が実証されました。私たちの結果は、ギ酸塩生成触媒の性能を向上させるための追加の設計概念を提供します。

再生可能エネルギーを利用した電気化学的 CO2 削減 (CO2RR) は、カーボンニュートラルな化学原料および燃料を生産するための魅力的なアプローチです。ギ酸 (HCOOH) は、電気化学的にギ酸塩 (HCOO-) として生成されることが多く、農業、化学、製薬産業で広く使用されているため、魅力的な CO2RR 製品です 1,2,3,4。ギ酸/ギ酸塩は、燃料電池 5,6、高容積容量 (1 リットルあたり H2 53 g) を備えた液体水素キャリア 7,8、およびバイオマスアップグレード用途 9 用の新興燃料としても特定されています。化石燃料前駆体からのギ酸の工業生産は炭素を非常に大量に消費します2。しかし、電気化学的に CO2 をギ酸塩に変換し、その後下流で電気透析精製してギ酸にすると 10、この多用途の化学物質を製造するためのカーボンニュートラルまたはカーボンネガティブなルートが提供される可能性があります。

Sn ベースの材料は、ギ酸/ギ酸塩の生成に最も効果的な CO2RR 電極触媒の一部です 11、12、13、14、15、16、17、18。しかし、ほとんどの Sn ベースの触媒の性能は、低電流密度 (通常、水性 H 電池で 10 ～ 25 mA cmgeo-2; 表 S1)、高い過電圧、および長期安定性の悪さのため、実用にはまだ不十分です 11。 12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24。したがって、CO2からギ酸塩への変換を促進し、効率を向上させ、現実的なデバイスアーキテクチャでの高電流密度動作を検証するには、さらなる触媒設計の取り組みとフルセル電解槽デバイスでの実証が必要です。

CO2RR は構造感度が高く、触媒の形態、寸法、サイズ、組成、結晶方位、表面構造または欠陥を制御することにより性能を向上させるために多大な努力が払われてきました 11、25、26、27、28。たとえば、Cu、Pd、Ni などの第 2 金属を Sn に組み込むと、Sn の CO2RR 選択性を CO2RR 選択性を 80 ～ 90% のファラデー効率 (FE) で調整できます 29,30,31。一方、In、Bi、および Pd は、より低い過電圧でのギ酸選択性と電流密度の両方が大幅に向上します32、33、34、35。ナノスケールの表面構造を制御すると、触媒内の低配位のコーナー、エッジ、テラスサイトの割合を調整することもできます。これは、CO2 の吸着と活性化、さらには重要な中間体の形成に大きな影響を与えます 19,36,37。三次元性（3D）も CO2RR 電極触媒の設計上の考慮事項であり、球、花、シート、樹状突起、多孔質フォーム、逆オパールなどを含むナノスケールの構成要素から組み立てられた CO2RR 触媒の形態が報告されています 12、13、14、15。 16、17、18、30、35、38、39、40、41、42、43。これらの 3D 構造は、より大きな表面積と高密度の電極触媒活性サイトを提供し、電流密度を向上させることができます 12、13、14、15、16、27、35、39、40、42。この観点から、3D 形態、表面構造、サイズ制御の概念を組み合わせて高性能 SnO2 電極触媒を設計し、電流密度とギ酸選択性を向上させることができます。

今回我々は、SnO2 ナノ結晶構成要素から構築された中空ナノスフェア触媒を作成するためのテンプレートベースの合成アプローチを実証します。構成成分であるSnO2ナノ結晶の結晶化度とサイズは焼成温度を変えることで制御され、触媒のギ酸塩選択性と部分電流密度に強い影響を与えました。クラス最高のナノスフィアは、広い電位範囲で 71 ～ 81% のギ酸塩ファラデー効率 (FE) を生成し、-1.3 V 対 RHE で 73 ± 2 mA cmgeo-2 の最大ギ酸塩部分電流密度を達成しました。 SnO2 ナノスフェアは、非構造化 SnO2 ナノ粒子 (nps) や市販の SnO2 nps 触媒よりも優れた性能を発揮しました。その場ラマン分光法と時間依存のシンクロトロンベースの X 線回折 (XRD) により、定常状態の CO2RR 条件下での SnO2 ナノスフェアの電気化学的還元を追跡しました。 25 cm2 の膜電極接合体 (MEA) 電解槽セルでの CO2RR 評価では、工業的に適切な 500 mA cmgeo-2 の電流密度で 24 時間の持続動作が実証されました。私たちの結果は、表面構造を制御して電気化学的にアクセス可能な表面積を増やすことによって、ギ酸塩生成触媒の性能を高めるための新しい設計概念を提供します。

すべての化学薬品は Sigma-Aldrich から購入し、さらに精製することなく受け取ったまま使用しました。中空 SnO2 球は、ゾルゲルとテンプレート法を組み合わせた方法によって合成されました。直径約 210 nm の球状 PMMA テンプレート粒子は、補足情報に記載されているように、カチオン性フリーラジカル開始剤を使用した界面活性剤を含まない乳化重合によって調製されました。典型的な手順では、226 mg の塩化スズ (II) 二水和物 (SnCl2・2H2O) を 5 mL のエタノール (C2H5OH、200 プルーフ) に溶解し、38 mg の無水クエン酸 (C6H8O7) を 5 mL のエタノールと別々に混合しました。。次いで、クエン酸溶液を錫前駆体に添加し、１５分間超音波処理した。室温で激しく撹拌しながら、１．５ｍＬのスズ－クエン酸溶質イオンを３０ｍＬの水性ＰＭＭＡラテックステンプレート（０．５重量％）に滴下した。 30分間撹拌した後、混合物を60℃のオーブンで一晩蒸発させて、合成したままの粉末を得た。同じスズクエン酸ストック溶液を使用して、合成したままの材料の複数のバッチを作成し、その後、静的空気中で 300、400、500、および 600 °C で 3 時間、1 °C min-1 の昇温速度でアニールしました。得られた粉末を「ＳｎＯ２ナノスフェア」と称した。

非鋳型 SnO2 np は、30 ml の脱イオン水 (DIW) に PMMA 分散液が含まれていなかったことを除き、同じ手順を使用して調製されました。 60 °C で蒸発させた後、合成したままのサンプルを空気中 500 °C で 1 °C min-1 の昇温速度で 3 時間焼成し、「非鋳型 SnO2 nps」と名付けました。５〜１５０ｎｍの不均一な粒径分布を有する市販のＳｎＯ２ナノ粉末（Ｓｉｇｍａ）も基準物質として使用し、「ｃｏｍ−ＳｎＯ２ｎｐｓ」と表した。

電気化学実験は、以前の研究で説明されている Nafion 117 プロトン交換膜で分離された気密な 2 コンパートメント H セル内で実行されました 40。各コンパートメントは、60 mL の 0.1 M KHCO3 電解質 (99.99%、Sigma-Aldrich) 水溶液で満たされ、90 mL のヘッドスペースを含みました。すべての電気化学実験では、抵抗率 18.3 MΩ cm-1 の超高純度 DIW (Barnstead EASYpure LF) を使用しました。実験中、陰極液には、激しく撹拌しながら流量 20 mL min-1 (pH ～ 6.8) で CO2 (99.999%、バトラーガス) を連続的にバブリングしました 40。対電極と参照電極は、それぞれ Pt メッシュと Ag/AgCl (飽和 NaCl、BASi®) でした。触媒インクは、２．８ｍｇの粉末触媒、０．３２ｍｇのＶｕｌｃａｎＶＣ－Ｘ７２カーボンブラック、および４００μＬのメタノール中の４０μＬのＮａｆｉｏｎ（登録商標）１１７溶液バインダー（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ、５％）から構成された。作用電極は、PTFE コーティングされたカーボン紙 (Toray 紙 060、Alfa Aesar) 上にインクをドロップキャストして作製し、N2 乾燥させました。質量負荷は 9.5 ± 0.6 mgink cmgeo-2 (5.4 ± 0.3 mgSnO2 cmgeo-2 に相当) に維持されました。すべての電位は可逆水素電極 (RHE) に対して参照され (特に指定のない限り)、未補償のオーム抵抗はすべての電気化学実験で機器ソフトウェアを使用して 85% で自動的に補正されました (iR 補正)。

CO2 電気還元試験は、SP-300 ポテンショスタット (BioLogic Science Instrument) を使用して室温で実行されました。短時間のクロノアンペロメトリー実験を、RHE に対して -0.6 V と -1.3 V の間の各印加電位で 20 分間実施し、生成物を 20 分ごとに収集しました。各データポイントは、異なる新しい電極での少なくとも 3 回の独立した実験の平均です。長期のクロノアンペロメトリー実験は、RHE に対して -1.2 V で数日間実施され、テストは 1 日あたり 5 時間実行されました。毎日の後、電極を電解液から取り出し、DIWですすぎ、周囲条件下でポリスチレン製ペトリ皿に保管しました。新鮮な水性 KHCO3 陰極液を各サイクルに使用しました。総電流密度および部分電流密度は、(特に指定しない限り)触媒の露出した幾何学的面積に対して正規化した。

発生したガス生成物は、Tedlar 気密バッグ (Supelco) に収集され、ShinCarbon ST 80/100 カラムと He キャリアガスを使用し、FID 検出器と TCD 検出器の両方を備えた PerkinElmer Clarus 600 ガスクロマトグラフィーによって定量されました。陰極液から収集した液体生成物を 0.22 μm PES フィルターで濾過し、ED50 伝導度検出器、自動生成モードの ASRS サプレッサー、AS11-HC カラムおよび勾配 KOH 溶離液を使用する Dionex ICS-5000 + イオンクロマトグラフィーによって測定しました。すべての生成物および形成選択性のファラデー効率 (FE) の計算については、補足情報に記載されています。

MEA のフルセルの特性評価は、Chen らの研究で以前に報告された 25 cm2 のアクティブエリアを備えた特注のハードウェアを使用して実行されました 44。アノードは、三重蛇行流路に対して配置された、厚さ１．６ｍｍの２５ｃｍ２のＮｉ発泡体（ＭＦＮｉ１６ｍ、ＭＴＩＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）であった。厚さ 1.55 mm のポリテトラフルオロエチレン (PTFE) ガスケットを使用して、91% のアノード電極圧縮を達成しました。

市販の双極膜 (BPM) (FBM、Fumatech GmbH、Fuel Cell Store) を、カソードに面するカチオン交換層 (架橋ポリエーテルケトン) とアノードに面するアニオン交換層 (二環式アミンを含むポリスルホン) とともに使用しました。陰極液流路は、１．２７ｍｍの厚さを有し、等間隔に配置された４つのフィンガを備えた蛇行形状として設計され、各フィンガの幅は２ｍｍであった。カソード GDE は、SnO2 触媒インクをガス拡散層 (Sigracet 39BB GDL、燃料電池店) 上に塗布することによって準備されました。 Vulcan XC72R カーボン粉末をインクに添加して、触媒とカーボンの重量比が 1:1 になるようにしました。５重量％のナフィオンアイオノマー（Ｄ５２１ナフィオン分散、１１００ＥＷ、燃料電池ストア）を、アイオノマー対カーボンの重量比０．６：１でインクに添加した。製造された GDE には 0.5 mg cm-2 の SnO2 負荷がありました。カソード PTFE ガスケットは、18% の GDE 圧縮を達成するために選択されました。

実験中、セルは 60 °C に加熱され、加湿 CO2 ガスが相対湿度 100%、ガス流量 2 SLPM でカソードに供給されました。 0.4 M K2SO4 陰極液と 1 M KOH 陽極液の流量は、それぞれ 40 ml min-1 と 50 ml min-1 でした。液体サンプルを 0.22 µm PTFE シリンジフィルターでろ過し、Agilent 1260 Infinity II バイオイナート高速液体クロマトグラフィーを使用して分析しました。ガス生成物は多層ホイルガスサンプリングバッグ (Supell™、Sigma-Aldrich) で収集され、Agilent 4900 Micro ガスクロマトグラフィーを使用して分析されました。

走査電子顕微鏡 (SEM) イメージングは、エネルギー分散型 X 線 (EDX) 検出器を備えた 10 ～ 20 kV で動作する FEI Quanta 600F 顕微鏡で実行されました。高解像度透過電子顕微鏡 (HR-TEM) は、200 kV の加速電圧で操作される FEI Titan Themis G2 200 Probe Cs 補正走査透過電子顕微鏡で実行されました。粉末サンプルをエタノールに懸濁し、穴のあいたカーボンでサポートされた Cu グリッド上にドロップキャストし、空気中で自然乾燥させました。反応後のサンプルの TEM 画像は、電極触媒をカーボンペーパーから剥がし、エタノールで超音波処理し、その後 TEM グリッド上に滴下することによって作成されました。粉末 X 線回折 (XRD) パターンは、CuKα 放射線 (λ = 1.5418 Å) を使用し、走査速度 0.2°min-1 で PANalytical X'Pert Pro X 線回折計で収集されました。

シンクロトロン X 線回折測定は、アルゴンヌ国立研究所の先進光子源のビームライン 17-BM-B (λ = 0.24121 Å) で実施されました。個々の SnO2 ナノスフェア電極を、H セル内で一定時間 (たとえば、0.5 時間、1 時間、5 時間、10 時間、20 時間、および 30 時間)、RHE に対して -1.2 V に保持しました。これらの反応後電極は、一定時間のテスト後に H セルから取り外し、DIW ですすぎ、すぐに N2 流下で乾燥させ、空気暴露を最小限に抑えるためにカプトンテープで包みました。ただし、電気化学試験とシンクロトロン XRD 測定の間に触媒の再酸化が多少発生したことは認めます。二次元回折パターンは Perkin Elmer アモルファスシリコン検出器によって収集され、データ収集は QXRD によって実行され、回折リングは GSAS-II フリーウェアパッケージ 45 を使用して統合されました。

3D SnO2 中空ナノスフェアは、ゾルゲルとテンプレートを組み合わせたアプローチによって調製されました（図 1a）。負に帯電したクエン酸スズ（II）錯体は、静電相互作用によって正に帯電したポリ（メタクリル酸メチル）（PMMA）球（直径約220 nm、図S1）の表面に吸収されました。このシステムは加水分解、縮合、核生成、および自己集合を経て、PMMA 球の表面にスズ含有コーティング層を作成しました。その後の300〜600℃の空気中での焼成により、PMMAテンプレートが除去されただけでなく、これらのコーティング層がSnO2ナノ結晶に変換され、中空のSnO2ナノスフェアが生成されました（図1bおよび図S2〜S4）。

(a) ゾルゲルとテンプレート法を組み合わせた 3D 中空 SnO2 ナノスフェアの合成を示すスキーム。 (b、c) 500 °C で焼成した SnO2 ナノスフェアの代表的な FE-SEM および (d) HR-TEM 画像。 (e) 焼成温度の関数としての XRD 結晶子サイズ。

図1b、cの代表的な走査型電子顕微鏡（SEM）画像は、500℃で焼成された直径205〜210 nmのSnO2ナノスフェアサンプルを示しています。図1dおよび図S4のHR-TEM顕微鏡写真は、ナノスフェア壁がサイズ6〜10 nmの小さな相互接続されたSnO2ナノ粒子から構築されていることを示しています。 PMMAテンプレートは、すべての焼成温度でほぼ同じ直径のナノスフェアを固定し、XRD、EXAFS、およびXPSの結果（図S5）は、正方晶ルチル構造（空間群：P42 / mnm、JCPDS 41–1445）と一貫したSn4+酸化状態をさらに確認しました。すべてのサンプル。焼成温度が高くなると、より鋭く、より強い XRD ピークが生成され、結晶化度が向上し、平均結晶子サイズが大きくなったことがわかります。図1eは、温度を300℃から600℃に上昇させると、結晶子サイズが2.5nmから10.5nmに増加したことを示しています。 3D SnO2 ナノスフィアの結晶化度と結晶子サイズは、SnO2 ナノスフィアの CO2RR 活性に影響を与えることが予想されます。

ナノスフィア触媒の CO2RR 性能は、CO2 飽和 0.1 M KHCO3 を含む H セルで RHE に対して -0.6 V と -1.3 V の間でスクリーニングされました。図 2a は、ギ酸塩、CO、および H2 生成物の代表的な FE と、結晶子サイズ約 7.5 nm から構築された 500 °C で焼成された SnO2 ナノスフェアの印加電位の関係を示しています。このナノスフィア触媒サンプルは、RHE に対して -0.9 V ～ -1.3 V の間で 71 ～ 81% のギ酸 FE を生成し、C1 生成物 (ギ酸塩および CO) の FE は、RHE に対して -0.8 V ～ -1.2 V の間で > 90% に達しました (図S6)。他の温度で焼成された SnO2 ナノスフィアも、500 °C のナノスフィアよりも FE が低く、少量の CO と H2 が生成されましたが、主生成物としてギ酸塩を生成しました（図 S7）。ガス状の CO および H2 副生成物 (合成ガス) は、その後のメタノールまたはフィッシャー・トロプシュ合成に使用するために液体ギ酸塩から簡単に分離できることは言及する価値があります。

(a) ギ酸塩、CO、および H2 の代表的なファラデー効率と 500 °C で焼成した SnO2 ナノスフェアの陰極電位の関係。 (b) SnO2 ナノスフェア (別名 SnO2 結晶子サイズ) のか焼温度の関数としての電位依存性ギ酸塩部分電流密度。 (c) 最高性能の SnO2 ナノスフェアの CO2RR 性能と、重炭酸塩電解質を使用した H セルでテストされた以前に報告された Sn、SnO2、および SnO2 カーボン電極触媒との CO2RR 性能の比較 (混合金属酸化物、合金、およびドープされたシステムは除外されます): Sn デンドライト 12 、ナノポーラス SnO215、SnO2 多孔質ナノワイヤー 16、鎖状メソポーラス SnO218、Sn/SnOx 薄膜 20、Sn/SnO/SnO2 ナノシート/カーボンクロス 21、ワイヤーインチューブ SnO2 ナノファイバー 22、SnO2 ナノ粒子 23、極細 SnO2 量子細線 24、SnO2/カーボンナノチューブ 4 6、スズ量子シート/グラフェン47、SnO2/カーボンエアロゲル48、SnOナノ粒子/カーボンブラック49、メソポーラスSn/SnOx50、波状SnO2/カーボンブラック51。（d、e）市販のSnO2 nps（com-SnO2 nps）、非テンプレートSnO2 nps、および最高のパフォーマンスのSnO2の（d）幾何学的ギ酸塩部分電流密度と（e）ECSA正規化ギ酸塩電流密度の比較。 500℃で焼成されたナノスフィア。

図 2b は、さまざまな温度で焼成した SnO2 ナノスフィアのギ酸部分電流密度を比較しています。500 °C の SnO2 ナノスフィアは、すべての電位で最高のギ酸部分電流密度を生成しました (-1.3 V 対 RHE での最大値 73 ± 2 mA cmgeo-2)。）。この結果は、CO2RR 性能と構成成分である SnO2 ナノ結晶のサイズとの間に明らかな依存性があることを示唆しています。たとえば、300 °C でアニールされた SnO2 ナノスフェアには、最小の SnO2 ナノ結晶 (約 3 nm) が含まれており、最も高い H2 FE が生成されました。この観察は、小さな Sn、Cu、および Au NP からの H2 生成の増加に関する以前の報告とも一致しており、おそらく H2 発生中心として調整が不十分な表面部位を示しています 19,29,52,53。より高い焼成温度、つまり 400 および 500 °C では、〜 5 nm および〜 7.5 nm の SnO2 ナノ結晶が生成され、その結果、ギ酸電流密度が高くなり、H2 生成が減少しました。 600 °C で焼成すると、ナノ結晶の直径が 10 nm 以上にさらに増加し、ギ酸塩の生成が減少しました。これは、SnO2 触媒に関する以前のサイズ依存の結果と定性的に一致しています。したがって、500℃でアニールしたSnO2ナノスフェアは結晶化度とナノ結晶サイズの間の最適なバランスを生み出し、それによってギ酸塩の選択性と部分電流密度を最大化した可能性が高いと考えられます。実際、図 2c と表 S1 にまとめられたデータは、500 °C の SnO2 ナノスフェアが、水性 H セル内の Sn、SnO2、および SnO2 炭素電極触媒についてこれまで報告された中で最も高いギ酸塩部分電流密度の一部を生成したことを示しています。 18、20、21、22、23、24、46、47、48、49、50、51。

また、テンプレートなしの約 7 nm SnO2 nps と、数ナノメートルから数百ナノメートルの間で不均一なサイズ分布を持つ市販の SnO2 ナノ粒子（com-SnO2 nps と呼ばれる）の性能も比較しました（図 S8 および S9）。図2dおよび図S10は、テンプレートなしおよび市販のSnO2 npsと比較して、SnO2ナノスフェアのギ酸部分電流密度が2〜6倍向上し、ギ酸FEが20〜30％高く、H2発生が減少していることを示しています。印象的なことに、500 °C SnO2 ナノスフェアの C1 生成物の総 FE は、RHE に対して -0.6 V から -1.3 V の間で、テンプレートなしの触媒または市販の SnO2 触媒よりも大幅に高かった（図 S10）。

BETおよび容量ベースの電気化学表面積（ECSA）測定の両方で確認されたように、SnO2ナノスフェアのより高いCO2RR性能は表面積が大きいことに起因すると考えられます13、18、24、42（図S9、S11および表S2）。特に、500 °C のナノスフェアは、テンプレートなしの市販の SnO2 ナノ粒子よりも 1.5 ～ 3 倍大きい ECSA を示しました。これらの結果は、ナノスフィア触媒が、ＣＯ２ＲＲに関与する電極触媒活性部位をより高密度に含んでいることを裏付ける。図2eに示すように、3つのサンプルすべてが同等のECSA正規化ギ酸塩部分電流密度を生成し、電気化学的に活性な表面積の総量が幾何学的ギ酸塩部分電流密度に主要な影響を及ぼしたことを示しています。この点に関して、結晶化度と表面構造を制御して ECSA を最大化することは、幾何学的電流密度を改善するための実行可能な方法です。

SnO2 ナノスフェア触媒の長期電気分解は、複数の開始/停止サイクルにわたって H セル内で RHE に対して -1.2 V で実行されました (図 3a および図 S12)。この電位は、短期の電気分解実験および断続的な再生可能電力での動作を模倣したオン/オフサイクル中に最高のギ酸 FE を生成しました。時間依存のギ酸塩部分電流密度を図3aに示し、ギ酸塩、CO、およびH2の時間依存性FEを図S12に示します。この触媒は、ギ酸塩部分電流密度の初期のわずかな低下を示し、最初の 5 時間の約 55 mA cmgeo-2 から、次の 30 時間の運転では平均 45 ± 5 mA cmgeo-2 となり、平均 68 ± 8 mA cmgeo-2 を観察しました。長期実験全体を通じて、ギ酸 FE の割合が % に達しました。図3b〜dの電解後の電子顕微鏡検査では、SnO2ナノ結晶のサイズが約7.5 nmから15〜25 nmに増加していることが明らかになりました。逆に、図3aに示すように、テンプレートなしのSnO2ナノ粒子ははるかに低いギ酸塩部分電流密度（〜20 mA cmgeo-2）を生成し、20時間後に深刻な粒子凝集を経験しました（図3e）。同様の粒子サイズの成長は、他の SnO2 ナノ粉末電極触媒でも以前に観察されました 18、39、54。初期の 3D ナノスフェア構造は長時間の電気分解中に再構築されましたが、我々の結果は、初期の球状構造が構成要素である SnO2 ナノ結晶の大規模な成長を妨げたのに対し、テンプレート化されていない SnO2 ナノ粒子は劇的な粒子凝集を経験したことを示しています。

(a) RHE に対して -1.2 V での最高性能の SnO2 ナノスフェアと非鋳型 SnO2 nps の長期 CO2RR 性能。実験は、複数の 5 時間の電気分解期間にわたって断続的に実行されました。 (b) 35 時間の操作後の SnO2 ナノスフィア電極の後方散乱 SEM 画像および (c、d) TEM 画像。（ e ）20時間の電気分解後のテンプレート化されていないSnO2 npsのSEM画像。 (f) RHE に対して -1.2 V で収集された SnO2 ナノスフェアの時間依存のシンクロトロンベースの XRD プロファイル。

我々は、-1.2 V vs. RHE での長期電気分解中の SnO2 ナノスフェアの構造進化についての洞察を得るために、時間依存のシンクロトロンベースの XRD 測定を実施しました。図3fは、体心正方晶β-Sn回折ピーク（空間群：I41/amd）の出現によって証明されるように、SnO2ナノ結晶が金属Snに還元されたことを示しました。これらの結果は、SnO2 が金属 Sn に急速に変化し、結晶子サイズが約 100 μm に増加することも示しています。定常状態動作では23 nm（図S13）。注目すべきことに、この結晶子サイズは30時間の動作にわたって安定したままであり、XRDデータは図3b〜dの電気分解後のイメージングとよく一致しており、長期の電気分解中に深刻な粒子成長が除外されています。また、電気化学試験とXRD測定の間の空気暴露時の再酸化に起因すると思われる少量の残留酸化物相も観察されました。

SnO2 CO2RR 触媒のその場 X 線吸収、ラマンおよび IR 分光法に関する複数の報告が文献に含まれているにもかかわらず 35、55、56、57、図 3f の結果は、SnO2 CO2RR 触媒の相変化を追跡することに成功した最初の時間依存 XRD 研究を表しています。 CO2RR 電解時間の関数としての SnO2 触媒。電気化学試験と現場外の XRD 測定の間に多少の再酸化があったにもかかわらず、我々の XRD 結果は、RHE に対して -1.2 V での CO2RR 中に触媒が還元されたことを示唆しています。このデータは、-1.2 V対RHEでのSnO2特性バンドの減衰と完全な消失を示した相補的なその場ラマン分光実験を強く裏付けています（図S14）。この結果は、CO2RR 中に SnO2 表面が金属 Sn に急速に還元されることのさらなる証拠を提供しており、我々の観察は他の SnO2 電極触媒に関する以前のオペランドラマン結果と一致しています 55,56。現在のバルク技術と表面技術を組み合わせることにより、金属 Sn 種が実際に CO2 をギ酸塩に変換する電極触媒活性部位であるという強力な証拠が得られます。

実際の CO2 変換アプリケーションでは、約 100 s mA cm−258 の電流密度で電解装置を動作させる必要があります。その結果、我々は、最近報告された MEA 電解槽セルの 25 cm2 ガス拡散電極 (GDE) 上の SnO2 ナノスフェア触媒の CO2RR 性能を評価しました (詳細は方法セクションを参照) 44。バイポーラ膜（BPM）とカソード GDE の間の薄い水性カソード液層は、カソード界面付近のプロトン濃度を減少させ、H2 生成を抑制し、液体生成物を運び出しました。このタイプの MEA フルセル設計は、水性電解質に溶解した CO2 を変換するのではなく、ガス状 CO2 がカソードに直接供給されるため、H セルよりもはるかに高い電流密度を生成でき、よりスケーラブルなデバイスを代表する条件下での触媒評価が可能になります。建築。

図4aは、50〜500 mA cmgeo−2の幾何学的電流密度で動作させたMEAセルの初期分極曲線を示しています。ギ酸塩のセル電圧とFEは電流密度の増加とともに増加し、セルは86%のギ酸塩FEで6.4Vで500mA cmgeo−2の電流密度に達しました（図4b）。 CO2 電気分解でギ酸を生成するには、1.41 V の平衡セル電位が必要ですが、同時に CO が生成されるため、最適電圧は 3V58 以上になります。前に示したように 44、セル電圧の寄与の約 43% は BPM (接合層および関連イオン交換層) に由来し、電圧寄与の 15% と 23% はそれぞれ陰極液層と陰極の過電圧に由来します。次に、セルを一定の500 mA cm-2で24時間保持し、平均75±6％のギ酸FE（図S15）と14〜19％のエネルギー効率（図S16）を実証しました。 24 時間のテストを通じて、主に BPM の劣化と Ni フォームアノードの酸化に関連するセル電圧の緩やかな増加が観察されました (図 S17)。 24時間の電気分解後、カソードGDEではアノードからのニッケル汚染は検出されませんでした（図S18-S19）。 BPMとアノードを交換すると、初期分極よりも約9％高いセル電圧にもかかわらず、最終的な分極曲線は500 mA cm-2の電流密度と68％のギ酸FEを達成しました（図4b）。表S3に要約されているように、本研究における25 cm2の活性電極面積を使用した500 mA cmgeo-2での持続的なCO2変換は、MEA電解槽セル内の純粋なSnO2触媒について文献で報告されている最高値の1つです44、59、60。 Sn ベースの触媒用の電解槽で長時間運転するとギ酸 FE が失われることが報告されています 58,59,60 が、BPM61、電極およびセルのアーキテクチャ、GDE のコンポーネントレベルの最適化を通じてシステム性能をさらに向上させる機会はまだ存在します。輸送特性の劣化と浸水62、および運用パラメータ。

(a) 500 mA cmgeo-2 での 24 時間の電気分解の前後に収集された MEA フルセル分極曲線。 (b) 対応するギ酸 FE と幾何学的電流密度の関係。 MEA フルセルには、SnO2 ナノスフェアで装飾された 5 cm × 5 cm のカソード GDE、Ni フォームアノード、および 0.4 M K2SO4 陰極液と 1 M KOH 陽極水溶液を含むバイポーラ膜が含まれていました。

我々は、CO2 をギ酸塩に高効率で変換するために、相互接続された小さな SnO2 ナノ結晶から構築された SnO2 ナノスフェア電極触媒を報告しました。熱アニーリング温度を調整することで、構成成分である SnO2 ナノ粒子の結晶化度と粒子サイズを最適化し、ギ酸塩の生成を最大化しました。最高のパフォーマンスを発揮する SnO2 ナノスフィアは、H セルテストにおいて、広い電位範囲にわたってギ酸塩生成に対する高いファラデー効率、選択性、および優れた電流密度を実証しました。 SnO2 ナノスフェアは、同様のサイズの非鋳型 SnO2 ナノ粒子や市販の SnO2 触媒を上回り、これはより大きな電気化学的表面積に起因すると考えられます。最後に、高性能 MEA フルセル電解槽デバイスでの評価により、SnO2 ナノスフェアが、工業的に適切な 500 mA cmgeo-2 の電流密度で 24 時間にわたって CO2 をギ酸塩に見事に変換し続けることができることが実証されました。私たちの研究は、3D 構造を CO2RR 電極触媒に組み込むことの有用性を実証し、性能を向上させるための追加の触媒設計原則を提供します。

この研究に含まれるすべてのデータは対応する著者から入手でき、必要に応じてリクエストに応じて提供できます。

Chen, X.、Liu, Y. & Wu, J. バイオマスと二酸化炭素からのギ酸の持続可能な生産。モル。カタル。 483、110716 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Olah, GA、Goeppert, A. & Prakash, GKS Beyond Oil and Gas: The Mettleno Economy, Third, Updated and Enlarged (Wiley-VCH、2018)。

Google Scholar を予約する

ヘルステン、PP、サルミネン、JM、カンザス州ヨルゲンセン、TH ニステン冬期の道路除氷にギ酸カリウムを使用すると、地下水の劣化を軽減できます。環境。科学。テクノロジー。 39、5095–5100 (2005)。

論文 ADS PubMed Google Scholar

Lissner, H.、Wehrer, M.、Jartun, M. & Totsche, KU 除氷剤の分解は、飛行場の土壌における自然の酸化還元系に影響を与えます。環境。科学。汚染。解像度 21、9036–9053 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Vo、T.ら。ギ酸塩: 単一デバイス内の二酸化炭素とギ酸塩燃料電池の間のエネルギー貯蔵および輸送の橋渡し。 Chemsuschem 8、3853–3858 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Ha, S.、Larsen, R.、Zhu, Y. & Masel, RI 0.4 V、22 °C で 600 mA cm-2 の直接ギ酸燃料電池。燃料電池 4、337–343 (2004)。

Enthaler, S.、von Langermann, J. & Schmidt, T. 二酸化炭素とギ酸 - 環境に優しい水素貯蔵のための組み合わせ? エネルギー環境。科学。 3、1207–1217 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Eppinger, J. & Huang, K.-W. 水素エネルギーキャリアとしてのギ酸。 ACSエネルギーレター 2、188–195 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Valentini, F. et al. バイオマス由来のエネルギー源であるギ酸とバイオマスをアップグレードするための水素。エネルギー環境。科学。 12、2646–2664 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Ferrer, JSJ、Laborie, S.、Durand, G. & Rakib, M. 電気膜プロセスによるギ酸の再生。 J.膜科学。 280、509–516 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Han, N.、Ding, P.、He, L.、Li, Y. & Li, Y. CO2 をギ酸塩に削減するための主族金属ベースのナノ構造材料の約束。上級エネルギーメーター。 10、1902338 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

ウォン、DHほか CO2 を効率的に電気化学的に還元するための階層型錫デンドライト電極の合理的な設計。 Chemsuschem 8、3092–3098 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

李、YNら。水性 CO2 のギ酸塩への削減を大幅に改善するためのサンゴ構造を持つ SnOx 電極触媒の合理的な設計と合成。 ChemElectroChem 3、1618–1628 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Fu, Y. et al. ギ酸燃料への CO2 削減のエネルギー効率を高めるために、ガス拡散電極上にコーティングされた新しい階層型 SnO2 ミクロスフェア触媒。応用エネルギー 175、536–544 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Liu、H.ら。ギ酸塩への効率的な電気化学的 CO2 還元のためのナノ多孔質酸化スズ。グリーンチェ。 3、138–145 (2022)。

Google スカラー

Kumar、B.ら。電気化学的な CO2 から HCOOH への効率的な変換のための触媒として、高密度の粒界を持つ還元 SnO2 多孔質ナノワイヤー。アンジュー。化学。内部。エド。 56、3644–3649 (2017)。

記事 Google Scholar

Liang、C.ら。粒界に富んだ超小型 SnO2 ナノ粒子上の 2 電子移動経路を超えた CO2 の高効率電気化学的還元。 J. メーター。化学。 A 6、10313–10319 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Bejtka, K. et al. 電気化学的 CO2 還元用の優れた性能を発揮する触媒としての鎖状メソポーラス SnO2。 ACS アプリケーション。エネルギーメーター。 2、3081–3091 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang, S.、Kang, P. & Meyer, TJ 二酸化炭素を選択的に電気化学的に還元してギ酸塩にするためのナノ構造錫触媒。混雑する。化学。社会 136、1734–1737 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Chen, Y. & Kanan, MW スズ電極に対する CO2 削減効率の酸化スズ依存性とスズ/酸化スズ薄膜触媒の活性の向上。混雑する。化学。社会 134、1986–1989 (2012)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ウー、J.ら。多価 Sn 種は、CO2 から HCOOH への変換を相乗的に促進します。ナノ解像度。 14、1053–1060 (2021)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Fan, L.、Xia, Z.、Xu, M.、Lu, Y. & Li, Z. CO2 を C1 生成物に選択的に電気化学的に還元するための、ワイヤーインチューブ構造を備えた 1D SnO2。上級機能。メーター。 28、1706289 (2018)。

記事 Google Scholar

ダイヤン、R. 他電気化学的な CO2 削減のための酸化スズの欠陥工学による活性の調節。上級科学。 6、1900678 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Liu, S. et al. 露出した粒界を持つサブ 2 nm SnO2 量子ワイヤ上で CO2 を HCOOH に効率的に電気化学的に還元します。アンジュー。化学。内部。エド。 58、8499–8503 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Qiao, J.、Liu, Y.、Hong, F. & Zhang, J. 低炭素燃料を製造するための二酸化炭素の電気還元用触媒の概説。化学。社会改訂 43、631–675 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Lu, Q.、Rosen, J.、Jiao, F. 二酸化炭素削減のためのナノ構造金属電極触媒。 ChemCatChem 7、38–47 (2015)。

記事 Google Scholar

Vasileff, A.、Zheng, Y. & Qiao, SZ 炭素の問題を解決する炭素: CO2 の電気化学的還元のためのナノ構造炭素ベース触媒の最近の進歩。上級エネルギーメーター。 7、1700759 (2017)。

記事 Google Scholar

Wang, Y.、Han, P.、Lv, X.、Zhang, L.、Zheng, G. 水性電極触媒による CO2 削減のための欠陥および界面工学。ジュール 2、2551–2582 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Zhao, Y.、Wang, C. & Wallace, GG、水性 CO2 を CO に選択的に電気化学的に還元するための錫ナノ粒子修飾酸化銅ナノワイヤー。J. Mater. 化学。 A 4、10710–10718 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Zeng、J.ら。水溶液中で CO2 を CO に選択的に変換するための高度な Cu-Sn フォーム。応用カタル。 B 236、475–482 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Zhao, Y. et al. Ni 発泡体上の高結晶性 Sn 結晶 - CO2 を電気還元して合成ガスを生成するための理想的なバイメタル触媒です。 RSC アドバンス 10、39026–39032 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lai, Q.、Yang, N.、Yuan, G. CO2 を電気化学的に還元してギ酸塩にするための高効率 In-Sn 合金触媒。電気化学。共通。 83、24–27 (2017)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Bai, X. et al. 調整可能な Pd-Sn 合金による CO2 電気還元によるギ酸の独占的な生成。アンジュー。化学。 129、12387–12391 (2017)。

記事 ADS Google Scholar

Xing、Y.ら。圧縮歪みを伴う Bi@Sn コアシェル構造により、CO2 のギ酸への電解還元が促進されます。上級科学。 7、1902989 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

ウー、Z.ら。 CO2 を HCOOH に還元するための 3D 多孔質構造を備えたバイメタルエアロゲルのビスマス - 錫界面のエンジニアリング。アンジュー。化学。内部。エド。 60、12554–12559 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Gao, D. et al. Pd ナノ粒子上でのサイズ依存性の電極触媒による CO2 の還元。混雑する。化学。社会 137、4288–4291 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Reske, R.、Mistry, H.、Behafarid, F.、Cuenya, BR、Strasser, P. Cu ナノ粒子上の CO2 の触媒電気還元における粒子サイズの影響。混雑する。化学。社会 136、6978–6986 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

謝、J.-F. 他。ユニークな菊の花のような Cu ナノフラワー電極による効率的な電気化学的 CO2 還元と炭素堆積物の直接観察。エレクトロキム。 Acta 139、137–144 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang、XX 他。 CO2 の電気化学的還元のための 3D 多孔質構造を備えた高性能 SnO2 触媒の意図的な構築。ナノスケール 11、18715–18722 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

グエン・ファン、TD 他。二酸化炭素の選択的還元のための三次元的に相互接続された多孔質酸化物由来の銅電極触媒を理解する。 J. メーター。化学。 A 7、27576–27584 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

ウェイ、F.ら。高性能 CO2 電解還元を目指して SnO2 のメソ多孔質表面と次元性を制御可能に設計します。上級機能。メーター。 30、2002092 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Luo, W.、Xie, W.、Li, M.、Zhang, J. & Züttel, A. CO2 の高効率電解還元のための 3D 階層型多孔質インジウム触媒。 J. メーター。化学。 A 7、4505–4515 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Luo, W.、Zhang, J.、Li, M.、Züttel, A. 高多孔質 Zn 触媒による電極触媒による CO2 削減における CO 生成の促進。 ACSカタログ。 9、3783–3791 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

チェン、Y.ら。 CO2 からギ酸塩への電気化学的変換のための堅牢でスケーラブルなプラットフォーム: より高いエネルギー効率への経路を特定します。 ACSエネルギーレター 5、1825–1833 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Toby, BH & Von Dreele, RB GSAS-II: 最新のオープンソースの多目的結晶解析ソフトウェアパッケージの起源。Ｊ．Ａｐｐｌ．クリスタ。 46, 544 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Pavithra, K. & Kumar, SMS 二酸化炭素のギ酸塩への効果的な電極触媒還元に向けたマイクロ波ポリオール戦略による SnO2-CNT 表面への酸素欠損の埋め込み。カタル。科学。テクノロジー。 10、1311–1322 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

レイ、F.ら。高効率の二酸化炭素電解還元を目的とした、グラフェン内に閉じ込められた金属スズ量子シート。ナット。共通。 7、12697 (2016)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yu, J.、Liu, H.、Song, S.、Wang, Y. & Tsiakaras, P. ナノ構造 SnO2/カーボンエアロゲルでの二酸化炭素の電気化学的還元: 触媒活性とギ酸選択性に対する酸化スズ含有量の影響。応用カタル。 Gen. 545、159 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Gu, J.、Heroguel, F.、Luterbacher, J. & Hu, X. 電気化学的 CO2 削減における活性と選択性を高めるための、高密度に充填された超小型 SnO ナノ粒子。アンジュー。化学。内部。エド。 57、2943 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Lai, Q.、Yuan、WY、Huang、WJ & Yuan、GQ CO2 を効率的に電気還元してギ酸塩にするためのメソポーラス構造を備えた Sn/SnOx 電極触媒。応用サーフィン。科学。 508、145221 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

チェン、Z.ら。波状 SnO2 は、CO2 から HCOOH への電気化学的変換に向けて、二酸化炭素の吸着と活性化を同時に強化します。応用カタル。 B環境。 261、118243 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Zhu、W.ら。 CO2 から CO への選択的電極触媒還元のための単分散 Au ナノ粒子。J. Am. 化学。社会 135、16833–16836 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Back, S.、Yeom, MS & Jung, Y. CO2 を CO に電気還元するための Au および Ag ナノ粒子触媒の活性部位。ACS Catal. 5、5089–5096 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Xiang、H.ら。 CO2 の電気化学的還元によるギ酸塩の生産と持続的なエネルギー貯蔵への応用。 Energy Fuels 4、277–284 (2020)。

CAS Google スカラー

Dutta, A. et al. CO2 電気還元中の酸化スズ NP 触媒の化学状態の調査: 相補的なオペランドアプローチ。ナノエネルギー 53、828–840 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Dutta, A.、Kuzume, A.、Rahaman, M.、Vesztergom, S. & Broekmann, P. CO2 電解還元用触媒の化学状態のモニタリング: インオペランド研究。 ACSカタログ。 5、7498–7502 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Baruch, MF、Pander, JE、White, JL & Bocarsly, AB in situ ATR-IR 分光法を使用した、錫電極上の CO2 の還元に関する機構的洞察。 ACSカタログ。 5、3148–3156 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Masel, RI et al. 低温CO2電気分解用触媒に関する産業的観点。ナット。ナノテクノロジー。 16、118–128 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Yang, H.、Kaczur, JJ、Sajjad, SD & Masel, RI Sustainion™ 膜を利用した CO2 のギ酸への電気化学的変換。 J. CO2 利用率。 20、208–217 (2017)。

Yang、H.、Kaczur、JJ、Sajjad、SD & Masel、RI 3 コンパートメント電解槽設計を使用した CO2 のギ酸への変換のパフォーマンスと長期安定性。 J. CO2 利用率。 42、101349 (2020)。

Oener、SZ、Foster、MJ & Boettcher、SW 双極膜および電極触媒における水の解離の促進。サイエンス 369、1099–1103 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Yang, K.、Kas, R.、Smith, WA & Burdyny, T. 電気化学的 CO2 削減のためのガス拡散電極セルのフラッディングにおける炭素ベースのガス拡散層の役割。 ACSエネルギーレター 6、33–40 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

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この研究は、米国エネルギー省の化石エネルギー炭素利用フィールドワーク提案を支援して実施されました。この著作物の一部は、契約番号 DE-AC36-08GO28308 に基づき、米国エネルギー省 (DOE) の国立再生可能エネルギー研究所の管理者および運営者である Alliance for Sustainable Energy, LLC によって執筆されました。資金は米国エネルギー省化石エネルギー・炭素管理局によって提供されます。この記事で表明された見解は、必ずしも DOE または米国政府の見解を表すものではありません。米国政府は、記事の出版を受け入れることにより、米国政府がこの著作物の出版された形式を出版または複製するための非独占的で、支払済みの、取消不能な世界規模のライセンスを保持していることを認め、または他者にそのような行為を許可することを認めます。米国政府の目的のため。著者らは、HR-TEM 分析についてピッツバーグ大学の Stephen House 博士に感謝します。この研究では、契約番号 DE-AC02-06CH11357 に基づいてアルゴンヌ国立研究所が DOE 科学局のために運営する米国エネルギー省 (DOE) 科学局ユーザー施設である高度光子源のビームライン 17-BM を使用しました。この研究では、契約番号 DE-SC0012704 に基づいてブルックヘブン国立研究所が DOE 科学局のために運営する米国エネルギー省 (DOE) 科学局ユーザー施設である National Synchrotron Light Source II の 8-ID (ISS) ビームラインを使用しました。。

このプロジェクトは、サイトサポート契約を通じて、米国エネルギー省国立エネルギー技術研究所から一部資金提供を受けました。米国政府、その機関、その従業員、サポート請負業者、またはその従業員は、明示的か黙示的かを問わず、正確性、完全性、または有用性についていかなる保証もせず、法的責任も負わないものとします。開示された情報、装置、製品、またはプロセスの使用、またはその使用が私有権を侵害しないことを表明するもの。ここでの商号、商標、製造業者などによる特定の商業製品、プロセス、またはサービスへの言及は、必ずしも米国政府またはその政府機関による承認、推奨、または支持を構成または暗示するものではありません。ここで表明されている著者の見解や意見は、必ずしも米国政府またはその機関の見解や意見を述べたり反映したりするものではありません。

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トゥイ＝ズオン・グエン＝ファン、ブレット・H・ハワード、オーガスト・ローテンバーガー、ダグラス・R・カウフマン

NETL サポート請負業者、626 Cochrans Mill Road、PO Box 10940、ピッツバーグ、PA、15236-0940、米国

トゥイ・ズオン・グエン・ファン

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レイミン・フー & ケネス・C・ネイヤーリン

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徐文銭

光子科学部門、国立シンクロトロン光源 II、ブルックヘブン国立研究所、アプトン、ニューヨーク州、11973、米国

イーライ・スタヴィツキー & デニス・レシチョフ

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この原稿は著者全員の寄稿によって書かれました。 T.-DN-P. 概念と方法論を開発し、触媒合成、研究室ベースの特性評価、H 細胞テストのすべての実験作業を設計および実行し、すべての実験データを分析および解釈し、原稿を作成しました。 LH と KCN は、MEA 電解槽テストの方法論、検証とデータ取得、および原稿の草稿に貢献しました。 BHH はラボでの XRD 測定とデータ分析を実施しました。 WX はシンクロトロン XRD データを収集しました。 ES と DL は XAS データ収集に貢献しました。 AR は材料合成とラボベースの特性評価をサポートしました。 DRK はコンセプトを開発し、実験を設計し、作業を監督および監督し、データ分析と解釈に貢献し、原稿を作成しました。著者全員が原稿のレビューと編集に協力しました。

Thuy-Duong Nguyen-Phan、Kenneth C. Neyerlin、または Douglas R. Kauffman への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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Nguyen-Phan, TD.、Hu, L.、Howard, BH 他酸化スズナノスフェアを使用した、CO2 のギ酸塩への高電流密度電解還元。 Sci Rep 12、8420 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-11890-6

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受領日: 2022 年 3 月 31 日

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公開日: 2022 年 5 月 19 日

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