近年来发展起来的固体催化剂可以实现高速率、高选择性地将CO₂电还原为增值化学品。然而，在工业上应用的电流密度超过200 mA cm⁻²的情况下，催化剂经常发生颗粒团聚、活性相变或元素溶解等问题，这使得实现催化剂的长期稳定运行极具挑战性。

近日，中科大高敏锐教授，唐凯斌教授在硫化铟（In₂S₃）的合成中掺入锌（Zn）可以调整其物相和结构，合成的催化剂（ZnIn₂S₄）具有显著提高的长期运行稳定性，而催化剂的形貌几乎没有任何变化。

文章要点

1）研究人员以InCl₃·4H₂O和CH₅NS为原料，在去离子水（DIW）中采用160 °C的水热法合成了In₂S₃，然后在其合成的过程中，加入ZnCl₂。获得了具有六方结构的ZnIn₂S₄微花，其由分级组织的纳米片组成，与In₂S₃非常相似。

2）实验结果显示，得到的ZnIn₂S₄催化剂在300 mA cm⁻²可下连续运行60 h以上，CO₂还原成甲酸的法拉第效率（FE）为99.3%。相反，在相同的条件下，没有掺Zn的In₂S₃很快失去催化活性。

3）结合实验和理论研究，研究人员发现Zn的引入在很大程度上提高了In-S键的共价性，“锁定”了可以激活H₂O与CO₂反应的S催化位点，导致催化剂结构中HCOO*中间体的形成，。

这些发现有望推动高效、耐用的用于甲酸盐电合成催化剂的开发。

参考文献

Chi, LP., Niu, ZZ., Zhang, XL. et al. Stabilizing indium sulfide for CO2 electroreduction to formate at high rate by zinc incorporation. Nat Commun 12, 5835 (2021).

DOI: 10.1038/s41467-021-26124-y

https://doi.org/10.1038/s41467-021-26124-y