二氧化碳電化學還原中電流密度和法拉第效率的雙高指標是一個巨大的挑戰。基于此，中國石油大學吳明鉑教授，寧匯副教授，富山大學Noritatsu Tsubaki教授（共同通訊作者）等人通過熱解金屬有機框架前驅體制備了碳化氧化銦納米棒(In₂O₃-C)。

通過調節In的電子結構，增加了負電荷在催化劑表面的局域性，使In₂O₃-C催化劑在-1.0 V vs. RHE時的法拉第效率達到97.2%，而在500 mV的寬電位范圍內，法拉第效率達到90%以上。此外，在高效生產甲酸鹽的流通池中，其電流密度達到-1.0 A·cm^-2。

作者通過DFT計算闡明了In₂O₃-C催化劑上甲酸鹽的生成機理。為了研究In₂O₃中摻雜碳的存在形式，構建了三種模型，分別為In₂O₃，In₂O₃-C_i（在In₂O₃次表層的間隙位置放置一個C原子），In₂O₃-C(O)（一個C原子取代最外層的一個O原子）。

Bader電荷分析表明，In₂O₃-C_i模型中C原子周圍的In原子（紅色虛線圓圈）獲得了0.094的電子轉移，高于In₂O₃-C(O)的電子轉移數（0.070），這表明In₂O₃-C_i的In原子上積累了更多的負電荷。

電荷密度差圖顯示了In₂O₃-C_i模型中C原子周圍的In原子的電子局域化，其中黃色區域代表了在C原子周圍In原子的電子富集，C原子周圍的綠色區域（在In原子下方）代表了其電子密度下降。

此外，還計算了從CO₂到HCOOH的吉布斯自由能變化。計算結果表明，HCOO*+1/2 H₂(g)→HCOOH*為整個反應的速率決定步驟，In₂O₃-C_i的速率決定步驟能壘為0.47 eV，遠低于In₂O₃（1.02 eV）和In₂O₃-C(O)（1.99 eV）。

因此，In₂O₃-C_i為CO₂電化學還原制甲酸的最佳催化劑。嵌入在In₂O₃晶格中的C原子對In原子有更顯著的調節作用，實現了對電子結構的調控和活性位點的暴露，使In₂O₃-C催化劑既具有高選擇性，又具有優異的活性。

Carburized In₂O₃ Nanorods Endow CO₂ Electroreduction to Formate at 1 A cm^-2. ACS Catal., 2022, DOI: 10.1021/acscatal.2c05006.

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.2c05006.