溫州大學金輝樂團隊在ChemSusChem期刊發(fā)文對相和結構可控的Cu/In2O3納米顆粒（Cu/In2O3 NPs）在電化學還原CO2(CO2RR)的應用進行了探討，文章重點研究了異質結構的Cu/In2O3 NPs/C轉變?yōu)橐訡u為核和非晶態(tài)的In2O3為殼的核殼結構(Cu/In2O3 NPs/C-H2)后，其合成氣(CO/H2)的變化以及催化機制。
二氧化碳濃度的增加對環(huán)境造成了一系列不利影響，因此利用可再生能源并將其轉化為增值化工產(chǎn)品，是抑制大氣CO2持續(xù)上升的有效途徑，其中電化學還原CO2(CO2RR)因其可控的轉化效率而備受關注。但CO2RR過程往往伴隨著競爭性的析氫反應(HER)，因此可以利用HER和CO2RR制備合成氣(CO/H2)來生產(chǎn)費托合成關鍵的甲醇原料。Cu被認為是一種能將CO2轉化為各種化學產(chǎn)物的有效元素，但Cu基材料的法拉第效率(FE)仍然遠遠不能令人滿意。因此，將其他金屬與Cu結合以獲得CO2RR的目標產(chǎn)物被認為是解決上述障礙的有效策略。
鑒于此，溫州大學化學與材料工程學院金輝樂教授團隊成功制備了相和結構可控的Cu/In2O3納米顆粒（Cu/In2O3 NPS）并將其作為CO2RR電催化劑。其中Cu/In2O3 NPS-H2在較寬的電位范圍內(nèi)的CO/H2比值保持恒定且總的法拉第效率（FE）始終維持在90%以上。
通過XRD和TEM等表征方法證明在H2氛圍下進行熱處理能使得Cu/In2O3 NPs/C由原始的異質結構轉變?yōu)橐訡u為核和非晶態(tài)的In2O3為殼的核殼結構(Cu/In2O3 NPs/C-H2)。而XPS進一步證明Cu與In2O3之間存在著電子轉移且發(fā)生了較強的電子相互作用。因此，在0.1 M KHCO3中進行CO2RR測試時，Cu/In2O3 NPs/C-H2表現(xiàn)出穩(wěn)定的(CO/H2)比值（1/2）和非常高的法拉第效率（≥90%）。 基于上述結果，提出了一種可能的機理：CO2分子吸附在Cu/In2O3 NPs/C表面時，會與H+結合形成OCHO*中間體，然后以甲酸的形式解吸附。剩余的中間體將繼續(xù)與H+偶聯(lián)生成水，同時釋放CO。然而，當異質結的Cu/In2O3 NPs/C轉變?yōu)榉蔷B(tài)In2O3包覆的Cu結構(Cu/In2O3 NPs/C-H2)后，電催化劑將由甲酸選擇性轉變?yōu)镃O選擇性。因此，本工作通過對核殼結構的合理設計，達到了電化學還原CO2生產(chǎn)高效高純合成氣的目的，可為高性能CO2RR電催化劑的設計提供思路。 論文信息 Amorphization-activated Copper Indium Core-shell Nanoparticles to Achieve Stable Syngas Production from Electrochemical CO2 Reduction Jieyi Shen, Lishuang Wang, Xuedong He, Shun Wang, Jiadong Chen,* Juan Wang,* and Huile Jin* ChenSusChem
DOI: 10.1002/cssc.202201350
