In
2O
3是將CO
2轉(zhuǎn)化為甲酸（HCOOH）的有效電催化劑，但其固有的較差導(dǎo)電性限制了反應(yīng)過(guò)程中有效的電荷轉(zhuǎn)移。此外，In
2O
3 顆粒在合成過(guò)程中團(tuán)聚的趨勢(shì)進(jìn)一步限制了活性位點(diǎn)的暴露。在這里，作者通過(guò)利用氧化石墨烯的模板效應(yīng)并采用InBDC作為熱解合成In
2O
3@C的自犧牲模板來(lái)解決這些問(wèn)題。所得的 In
2O
3@C/rGO-600 材料具有均勻錨定在還原氧化石墨烯 (rGO) 載體上的 In
2O
3@C 納米立方體，顯著增強(qiáng)了活性位點(diǎn)的暴露。導(dǎo)電的rGO網(wǎng)絡(luò)有利于電催化過(guò)程中的電荷轉(zhuǎn)移，熱解過(guò)程中產(chǎn)生的氧空位的存在，結(jié)合rGO強(qiáng)大的給電子能力，增強(qiáng)了CO
2的吸附和活化。因此，In2O3@C/rGO-600在?0.7至-1.0 V（vs.RHE）的寬電位窗口內(nèi)表現(xiàn)出超過(guò)94.0％的HCOOH法拉第效率（FE），并且在-0.9 V（vs.RHE）時(shí)達(dá)到最高值97.9％。該材料在−0.7 V（vs. RHE）表現(xiàn)出71.6%的優(yōu)異陰極能量效率（EE）。這項(xiàng)研究為制備具有多組分協(xié)同作用的金屬氧化物納米顆粒/rGO復(fù)合材料提供了新的指導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)高效的CO
2RR。
Fig 1. 不同催化劑的結(jié)構(gòu)表征。(a) In
2O
3@C-600和In
2O
3@C/rGO-600的XRD譜圖。In
2O
3@C/rGO-600的(b)SEM,(c)TEM和(d)粒徑分布圖。In
2O
3@C-600的(e) SEM,(f) TEM和(g)粒徑分布圖像。In
2O
3@C/rGO-600的(h) HRTEM和(i)元素映射圖。
Fig 2. In
2O
3@C-600和In
2O
3@C/rGO-600的結(jié)構(gòu)性能分析。(In
2O
3@C-600和In
2O
3@C/rGO-600的(a)In 3d XPS光譜, (b) O 1s XPS光譜和(c) EPR光譜。(d) GO,In
2O
3@C-600,rGO和In
2O
3@C/rGO-600的Raman光譜。In
2O
3@C-600和In
2O
3@C/rGO-600的(e)N2吸附/解吸等溫線和(f)CO
2吸附等溫線。
Fig 3. 電催化性能表征。(a)rGO,In
2O
3@C-600和In
2O
3@C/rGO-600在N
2和CO
2飽和的0.5M KHCO
3溶液中的LSV曲線。rGO,In
2O
3@C-600和In
2O
3@C/rGO-600的(b) HCOOH FE, (c) HCOOH偏電流密度,(d) HCOOH產(chǎn)率和(e) EE。(f)與文獻(xiàn)中報(bào)道電催化劑的FE比較（插圖：與報(bào)道催化劑的EE比較）。(g) In
2O
3@C/rGO-600在-0.9 V下的穩(wěn)定性測(cè)試。穩(wěn)定性測(cè)試后In
2O
3@C/rGO-600的表征：(h) SEM和(i) In 3d XPS光譜。
Fig 4. CO
2RR的機(jī)理分析。rGO, In
2O
3@C-600和In
2O
3@C/rGO-600的(a)C
dl和(b) Tafel斜率。(c) In
2O
3@C-600和In
2O
3@C/rGO-600的CO
2-TPD圖。(d)rGO,In
2O
3@C-600和In
2O
3@C/rGO-600的EIS圖。
Fig 5. In
2O
3@C/rGO-500的(a) SEM,(b)TEM和(c)粒徑分布圖。In
2O
3@C/rGO-700的(d)SEM,(e)TEM和(f)粒徑分布圖。(g) In
2O
3@C/rGO-500,In
2O
3@C/rGO-600和In
2O
3@C/rGO-700的EPR光譜。(h) In
2O
3@C/rGO-600中CO
2RR的過(guò)程示意圖。
相關(guān)研究工作由北京化工大學(xué)Guolei Xiang 和Junsu Jin課題組于2024年在線發(fā)表在《Nano Research》期刊上，Enhanced electrocatalytic CO
2 reduction to formic acid using nanocomposites of In
2O
3@C with graphene，原文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s12274-024-6517-5
