ACSNanoIn单原子催化剂用于选择

标题：AtomicallyDispersedIndiumSitesforSelectiveCO2ElectroreductiontoFormicAcid

第一作者：PeilongLu,XinTan,HaitaoZhao

通讯作者：GuangjinZhang,SeanC.Smith,ZongyouYin

研究背景：

CO2电还原为甲酸被认为是经济有效的，然而，由于CO2(C=O，kJmol?1)在水溶液中的热稳定性以及竞争性析氢反应的影响，使得该策略面临着挑战性。锡和铋是生产甲酸最有效的催化剂。由于反应中间体(CO2δ-)与原始金属催化剂表面之间的相互作用较差，需要很大的过电位(0.5V)才能达到10mAcm?2的电流密度。单原子催化剂虽然改善了电催化行为，但它们倾向于形成CO而不是甲酸。

研究成果：

中科院过程工程研究所张广积研究员，澳大利亚国立大学SeanC.Smith，ZongyouYin联合报道了一种具有原子分散的铟(In)位的催化剂（In-N-C），该催化剂是通过基于In/Zn沸石咪唑骨架热解策略制备而成，对电催化还原CO2形成甲酸具有显著的活性和选择性。

要点1：

原子分散的In位点与碳骨架上的相邻N原子具有很强的电子相互作用，使得CO2转化为甲酸盐的法拉第效率达到80%。在?0.6至1.1V之间，In-N-C催化生成甲酸的生产速率高于其他单原子催化剂或纳米催化剂。此外，在0.99V时In-N-C的周转频率高达h-1，要比其他的单原子催化剂大一个数量级，这证明了In?N?C催化剂中原子分离的In位上电还原CO2具有的良好动力学。

要点2：

密度泛函理论（DFT）计算结果表明，孤立的In位点上形成*OCHO中间体的能垒较低，有效提高了CO2RR制甲酸的效率。In单原子催化剂的最佳原子利用率、优异的电催化性能和均匀的活性位点为CO2RR制甲酸的实际应用提供了一种有效途径。

图1、(a)In?N?C的合成示意图。(b)HAADF-STEM图像，以及相应的EDS映射：(c)In，(d)N，(e)Zn，(f)C。(g)修正后的HAADF-STEM图像。

图2、(a)XRD图谱。(b)In?N?C中的高分辨率XPSN1s光谱。(c)In高分辨率XPS3d光谱。(d)InK-edgeFT-EXAFS光谱。(e)电化学还原前后InXPS3d光谱比较。

图3、(a)在CO2饱和0.5MKHCO3电解质中的LSV曲线。(b)在固定电位下的法拉第效率和(c)In?N?C和沉积电极中甲酸的部分电流密度。(d)甲酸生产速率与其他催化剂的生产速率的比较。(e)In?N?C中表观TOF与其他单原子催化剂对比图。(f)在?0.79V时，20-hbulk电解曲线和In-N–C生产甲酸盐的法拉第效率(红点)。

图4。(a)*OCHO和*COOH在?N?C表面上的稳定吸附几何形状。(b)在In?N?C、In（)、In()和In(）表面上计算CO2RR的自由能图。(c)In?N?c和(d)In()中吸附*OCHO的PDOS。

参考文献：

PeilongLu,etal,AtomicallyDispersedIndiumSitesforSelectiveCO2ElectroreductiontoFormicAcid,ACSNano,.

DOI:10./acsnano.1c