非金属P掺杂对In_2O_3电催化CO_2还原性能的影响机制

创新点

在可持续发展导向下，利用可再生的电能将CO₂还原为高附加值的化学品和燃料，对于缓解温室效应并实现碳中和具有重要的意义。本文研究了一种非金属P掺杂的In₂O₃纳米颗粒用于高效电催化CO₂还原制甲酸。在H池测试中，具有高效的甲酸法拉第效率和优异的稳定性，同时阐明了非金属P掺杂对CO₂还原性能提升的分子机制，也为其他P区高性能催化剂的设计提供了一种可供参考的策略。

视频摘要

通讯作者简介

董帆教授

董帆，电子科技大学基础与前沿研究院教授，博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者（2022年），国家优秀青年科学基金获得者（2018年），四川省杰出青年基金获得者（2020年）；连续5年入选科睿唯安“全球高被引科学家”榜单（2018—2022年）；获中国环境科学学会青年科学家金奖（2020年），获得教育部、四川省和重庆市等省部级自然科学奖一等奖2项和二等奖5项。主持国家自然科学基金项目6项、国家重点研发计划课题2项以及省部级科研项目等20余项。以通讯作者在Proceedings of the National Academy of Sciences, Nature Communications，Angewandte Chemie，ACS Nano，ACS Catalysis，Environmental Science & Technology (Letters)，Energy Environmental Science，Research，Science Bulletin，Applied Catalysis B：Environmental，Materials Today等国际期刊上发表学术论文200余篇。所有论文被SCI引用3.7万次，50篇论文入选ESI高被引/热点论文，H-index为103。担任Chinese Chemical Letters副主编，Environmental Functional Materials副主编，ACS ES&T Engineering专题主编，Science Bulletin、Chinese Journal of Catalysis 等多本SCI期刊的编委。

非金属P掺杂对In₂O₃电催化CO₂还原性能的影响机制

作者

程芹^1,2，邓邦为¹，董帆^1,2,^*

单位

1. 电子科技大学长三角研究院湖州

2. 电子科技大学基础与前沿研究院碳中和与环境能源新技术研究中心

基金项目

1. 浙江省“尖兵”研发攻关计划资助项目(2023C03017)

2. 国家杰出青年科学基金资助项目(22225606)

3. 国家自然科学基金资助项目(22176029)

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摘要

利用可再生的电能将CO₂还原为高附加值的化学品和燃料,对于缓解温室效应并实现碳中和具有重要的意义。开发了一种简单有效的方法制备非金属P元素掺杂的In₂O₃纳米颗粒,并将其用于电催化CO₂还原制甲酸盐。在H型电解池中,在-1.45V vs.RHE电位下,P掺杂的In₂O₃纳米催化剂的产甲酸法拉第效率达到88.2%,同时具有优异的稳定性。进一步的实验分析和理论研究表明,掺杂在In₂O₃晶格中的P元素显著促进了CO₂分子的吸附和活化,降低了形成∗HCOO中间体的吉布斯自由能,同时加强了对∗HCOO的吸附作用,最终促进了甲酸盐的合成。阐明了非金属元素P掺杂对提升CO₂还原反应性能的分子机制,同时也为其他金属氧化物基的高性能电催化剂的设计提供了一种可行的策略。

部分图片

图1 In₂O₃和P-doped In₂O₃的XRD和XPS图谱

图2 In₂O₃和P-doped In₂O₃的SEM和TEM图谱

图3 CO₂RR在In₂O₃和P-doped In₂O₃上的机理分析

引文格式

程芹, 邓邦为, 董帆. 非金属P掺杂对In₂O₃电催化CO₂还原性能的影响机制[J]. 能源环境保护, 2024, 38(3): 83-90.

CHENG Qin, DENG Bangwei, DONG Fan. Effect of non-metallic P doping on electrocatalytic CO₂ reduction performance of In₂O₃ catalyst[J]. Energy Environmental Protection, 2024, 38(3): 83-90.

　　责任编辑：宫在芹

非金属P掺杂对In_2O_3电催化CO_2还原性能的影响机制

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