董帆/赵小丽ACS Catalysis：调控In2O3上氧空位浓度，实现高效电催化CO2还原为甲酸盐
董帆/赵小丽ACS Catalysis：调控In2O3上氧空位浓度，实现高效电催化CO2还原为甲酸盐
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金属氧化物催化剂中氧空位的合理设计，能够通过影响催化剂的电化学活性表面积和微电子结构来调节催化性能。然而，精确控制和调节催化剂表面氧空位的浓度和均匀性仍然没有得到充分的探索和阐明。
基于此， 电子科技大学董帆 和 赵小丽 等提出了一种低温退火气氛辅助调节In 2 O 3 纳米棒氧空位浓度的方法，制备一系列不同氧空位浓度的In 2 O 3 纳米棒，以有效地电催化CO 2 还原成甲酸盐。
XPS、EPR和XAFS表征结果表明，在氢气氛中(R-In 2 O 3 )的热处理比在氨气氛中(P-In 2 O 3 )和空气中(In 2 O 3 )引入了更多的氧空位缺陷，氧空位浓度的顺序为：R-In 2 O 3 >P-In 2 O 3 > In 2 O 3 。
密度泛函理论(DFT)计算表明，氧空位可以降低CO 2 活化的能垒，同时增强*HCOO中间体在In 2 O 3 表面的吸附，从而促进CO 2 向甲酸盐的转化。
性能测试结果显示，在整个电位窗口内，R-In 2 O 3 催化剂的甲酸酯产量远高于In 2 O 3 和P-In 2 O 3 催化剂；R-In 2 O 3 在−1.27 V时的最大FE 甲酸盐 值为91.2%，远高于In 2 O 3 (65.5%)和P-In 2 O 3 (79.8%)，表明氧空位浓度的增加提高了甲酸盐的选择性，抑制了竞争性CO生成和析氢反应(HER)。
此外，R-In 2 O 3 在−1.40 V的电位下达到22.1 mA cm −2 的最大甲酸盐部分电流密度，超过In 2 O 3 (15.4 mA cm −2 )和P-In 2 O 3 (16.3 mA cm −2 )，并且其能够在高电流密度下连续进行CO 2 RR反应80小时，表现出较高的循环稳定性。
综上，该项研究不仅为有效调节金属氧化物中氧空位的浓度提供了一种简便的策略，而且有利于人们了解高性能CO 2 RR的In 2 O 3 基催化剂的结构-性能相关性。
Unraveling the Influence of Oxygen Vacancy Concentration on Electrocatalytic CO 2 Reduction to Formate over Indium Oxide Catalysts. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.2c06228
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