CuAgSn 삼원 합금 박막 (CO₂→CO)

CO₂-to-CO 전기환원을 위한 마그네트론 공동스퍼터링 기반 Cu/Ag/Sn 삼원 합금 박막 (see Du et al., J. Mater. Chem. A (2022)).

개요

• Cu 84 W / Ag 32 W / Sn 45 W (RF) 조건으로 공동스퍼터링, EDS 기준 ~2 at% Sn, 탄소 천(carbon cloth) 위에 15분 증착 (see Du et al., J. Mater. Chem. A (2022), Experimental).
• 비정질 원자 구조, 큰 압축 변형(compressive strain), 초소수성(superhydrophobic) 표면 (접촉각 > 150°).

성능

• FE(CO) = 93% (−0.85 V vs RHE), 0.1 M KHCO₃ 전해질 (see Du et al., J. Mater. Chem. A (2022), Fig. 5c) — 기록 항목: CO-faradaic-efficiency-CuAgSn.
• 이원 합금 기준 시료 CuAg-binary-alloy-film (H₂ FE > 70%)을 성능 면에서 능가함.

작동 원리

Sn에 의해 유발된 압축 변형은 d-밴드 중심을 하향 이동시켜 (strain-induced-d-band-HER-suppression), HER을 선택적으로 억제하면서 CO₂ 활성화는 실질적으로 변화시키지 않는다. 이는 cu-alloy-phase-diagram-design 프레임워크에서 제안된 "표면 변형(surface-strain)" 합금화 레버의 실험적 삼원 합금 구현 사례에 해당한다 (Lee et al., Adv. Mater. (2018), paper_098): Cu–Ag는 Group-3 쌍 (말단 고용체/상분리 경향)에 속하지만, 마그네트론 스퍼터링을 통해 균질한 준안정 삼원 고용체를 강제 형성함으로써, 그 압축 변형이 해당 레버로서 정확히 기능한다.