Surface-Reconstructed, Mesoporous In1.8Bi0.2O3 Nanocubes as Electrocatalysts for Efficient CO2 Conversion to Formate

介孔材料 格式化 催化作用 材料科学 电催化剂 化学工程 纳米技术 化学 无机化学 物理化学 电化学 有机化学 电极 工程类
作者
Yueqi Feng,Jin Xiao,Yiyi Qiu,Jianlin Huang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:: 17571-17581 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c05431
摘要

Precise control and understanding of surface changes in indium (In)-based catalysts during the electrocatalytic CO2 reduction reaction (CO2RR) process are challenging. This study presents a series of surface-reconstructed In2O3–Bi electrocatalysts, created by doping mesoporous In2O3 nanocubes with bismuth (Bi). This doping introduces abundant bimetallic In–Bi sites at the crystal–amorphous interfaces, enhancing the CO2-to-formate conversion selectivity. Bi atoms accelerate the surface reconstruction of In2O3, reduce the charge density around In atoms, and promote partial amorphization. In situ X-ray diffraction (XRD) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) measurements and density functional theory (DFT) calculations show that the bimetallic In–Bi sites lower the energy barrier for the HCOOH* intermediate, enhance H2O dissociation, and inhibit the hydrogen evolution reaction (HER). The surface-reconstructed In1.8Bi0.2O3 electrocatalyst demonstrates a Faradaic efficiency (FE) of 92.6% and a partial current density of −28.5 mA·cm–2 and operates stably for 110 h in a H-type cell. In a flow cell, it achieves an FE of formate (FEformate) of 97.6% at −1.4 VRHE and maintains above 94% FEformate over a potential window of 800 mV (from −1.0 to −1.8 V vs RHE). This study offers an effective approach for designing high-performance electrocatalysts for the CO2RR based on surface reconstruction.
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