Stabilizing Lattice Oxygen of Bi2O3 by Interstitial Insertion of Indium for Efficient Formic Acid Electrosynthesis

电合成 氧气 甲酸 催化作用 拉曼光谱 氧化物 材料科学 化学 光化学 无机化学 电化学 物理化学 有机化学 电极 光电子学 物理 光学 冶金
作者
Junjie Wang,Wu Tang,Zhaozhao Zhu,Yingxi Lin,Lei Zhao,Haiyuan Chen,Xueqiang Qi,Xiaobin Niu,Rui Wu,Jun Song Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:7
标识
DOI:10.1002/anie.202423658
摘要

Bismuth oxide (Bi2O3) emerges as a potent catalyst for converting CO2 to formic acid (HCOOH), leveraging its abundant lattice oxygen and the high activity of its Bi-O bonds. Yet, its durability is usually impeded by the loss of lattice oxygen causing structure alteration and destabilized active bonds. Herein, we report an innovative approach via the interstitial incorporation of indium (In) into the Bi2O3, significantly enhancing bond stability and preserving lattice oxygen. The optimized In-Bi2O3-100 catalyst achieves over 90% Faradaic efficiency for HCOOH production across a wide potential range, in both H-cells and flow cells, maintaining robust stability after 100 hours of continuous operation. In-situ surface-enhanced infrared absorption spectroscopy and theoretical calculations reveal that the interstitial In doping precisely tunes the adsorption of CO2* and OCHO* intermediate, facilitating rapid conversion. Further in-situ Raman spectroscopy confirms the role of In bolstering the oxidized structure's stability within Bi2O3, critical for sustaining lattice oxygen during electrochemical CO2 reduction.
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