Sn foil CO₂ 음극

**Sn 포일 (0.25 mm, 99.8%)**은 0.1 M NaBF₄/메탄올 전해질에서 CO₂를 선택적으로 포르메이트로 환원하며, Sn/Ti 메틸 포르메이트 페어드 셀의 음극 반쪽을 구성한다 (see Yeo et al., J. Phys. Chem. C (2022)).

정의

• 막 셀에서 −5.3 mA cm⁻²의 전류 밀도로 FE(포르메이트) 최대 66% 달성 (see Yeo et al., J. Phys. Chem. C (2022), Fig. 2a–b).
• CO₂ 환원 개시 전위 −1.9 V vs Ag/Ag⁺ (Fig. 2a).
• 비수계(메탄올) 전해질에서 포르메이트를 선택적으로 생성하는 무독성 금속 음극.

셀 내 역할

CO₂ 환원으로 생성된 포르메이트를 공급하며, 이후 methyl-formate로 에스터화된다. 비분리형 셀에서는 Ti-anode-Lewis-acid-generator에서 생성된 루이스 산에 의해 포르메이트가 in situ로 전환된다. 반면 두 반쪽 셀을 막으로 분리하면 메틸 포르메이트 생성이 억제되고 포르메이트만 얻어진다. anodic-Lewis-acid-paired-CO2RR 참조.

메탄올 전해질에서의 Sn 음극 포르메이트 선택성(66%)은 수계 최적화 포르메이트 촉매(예: 수계 KHCO₃에서의 BiOx, BiOx-C-catalyst)와 유사한 수준이며, 이는 서로 다른 용매 및 음극 재료 간의 비교 참고 사항으로 상충 관계를 의미하지 않는다.

포름알데히드로의 심층 음극 환원 (paper_223, 2023)

후속 연구인 paper_223 (Yeo et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2023))에서는 동일한 Sn 음극을 0.3 M NaClO₄/메탄올 (paper_208의 0.1 M NaBF₄/메탄올 대비)에서 운전하며, 음극 환원을 한 단계 더 진행한다 — CO₂ → 포르메이트 → methyl-formate (중간체) → 포름알데히드 유도체 (dimethoxymethane-DMM / paraformaldehyde-PFA):

• 음극 FD FE 5 mA cm⁻²에서 19.4% (시험한 전류 밀도 중 최고; 전류 밀도 증가에 따라 경쟁 HER로 인해 FD FE 감소) (see Yeo et al., Angew. Chem. Int. Ed. (2023), Fig. 2c).
• 장시간 전기분해 시 200 C에서 음극 FD FE 50.3% (Fig. 4a).
• 이 반응 경로에 필요한 산성화된 음극 전해질은 Pt-anode-methanol-oxidation 양극 (Nafion-117 PEM)으로부터 교차 투과된 양성자에 의해 공급된다. 양성자가 없는 경우(Ti 양극, paper_208)에는 음극에서의 FD 생성이 완전히 억제된다.