具有化学计量的In₂O₃的纳米结构被证明是用于CO₂气相加氢的有效催化剂。使用热或光可以促进该反应。然而，研究表明，浅黄色In₂O₃具有有限的光吸收强度。为了最大利用太阳能的热量和光含量，研究人员考虑将氧化铟制成黑色。

有鉴于此，香港中文大学Lu Wang，多伦多大学Geoffrey A. Ozin，天津大学胡智鑫副教授报道了表示为In₂O3_-x/In₂O₃的非化学计量/化学计量异质结构的黑色氧化铟能够在环境条件下以100％的选择性实现光热逆水煤气变换反应（RWGS）。

文章要点

1）研究人员通过在空气中700 ℃ 下，将In(OH)₃纳米晶体进行热脱羟基反应5 h，合成了不含氢氧化物的氧化铟纳米晶体（S1）。随后将制得的S1在不同温度（即200、300和400°C）下用氢气处理1小时，以形成具有不同x值的In₂O_3-x/In₂O₃，分别标记为S2，S3和S4。

2）粉末X射线衍射（PXRD）显示，样品具有纯的立方方铁锰矿结构类型，即In₂O₃，并且不含金属铟，表明氢化过程中产生的黑色是氧化铟本身固有的。由S1至S4的晶粒尺寸分别为20.6、30.9、33.0和36.3 nm，这证实了随着氢化温度的升高，晶粒尺寸略有增长。有样品的O 1s核心能级XPS光谱仅在〜529.2和〜531.8 eV处只有两个峰。S4的HRTEM图像显示，其具有非晶区域，并且似乎与表面O损耗的增加有关。同时，平均晶格间距约为0.296 nm。STEM图像还确认成像的纳米晶体不与其他晶体重叠。 S1和S4的平均粒径分别计算为28.8和44.9 nm。

3）为了更深入地研究非晶化过程的成因，在模拟氢化过程的条件下，研究人员对化学计量的In₂O₃纳米晶体进行了原位高分辨率环境透射电子显微镜（HRETEM）研究。当暴露于氢气中的时间增加时，可以观察到纳米晶体中非晶区域的产生和扩大。氢气诱导可从化学计量的In₂O₃中去除O原子，从而导致产生非化学计量的In₂O_{3- x}结构域，进而形成非晶相。

4）在光照下，浅黄色In₂O₃的CO生成率为0.78 μmol h^-1m^-2（19.64 μmolg^-1h^-1），而黑色In₂O_3-x / In₂O₃可以在1874.62 μmol h^-1m^-2（23882.7 μmol g^-1h^-1）进行反应，比化学计量的In₂O₃大约大三个数量级，并且比所有已知的基于氧化铟的光催化剂的最佳研究的RWGS速率高出约三个数量级。周转频率（TOF）为2.44 s-1，高于大多数用于CO₂加氢的光催化剂和光热催化剂。

黑色氧化铟合成方法简单且易于结垢，该研究充分说明了其作为工业光热RWGS催化剂的应用潜力。

Wang, L., Dong, Y., Yan, T. et al. Black indium oxide a photothermal CO₂ hydrogenation catalyst. Nat Commun 11, 2432 (2020).

DOI：10.1038/s41467-020-16336-z

https://doi.org/10.1038/s41467-020-16336-z