Effect of Precursor Selection on the Photocatalytic Performance of Indium Oxide Nanomaterials for Gas-Phase CO₂ Reduction

Abstract

Nonstoichiometric indium oxide nanoparticles, In 2 O 3−x (OH) y, have been shown to function as active photocatalysts for gas-phase CO 2 reduction under simulated solar irradiation. Herein we demonstrate that the choice of starting material has a strong effect on the photocatalytic activity of indium oxide nanoparticles. We examine three indium oxide materials prepared via the thermal decomposition of either indium(III) hydroxide or indium(III) nitrate and correlate their stability and photocatalytic activity to the number and type of defect present in the material. Further, we use 13 CO 2 isotope-tracing experiments to clearly identify the origins of the observed carbon-containing products. Significantly, we find that the oxidizing nature of the precursor anion has a substantial impact on the defect formation within the sample. This study demonstrates the importance of surface defects in designing an active heterogeneous photocatalyst and provides valuable insight into key parameters for the precursor design, selection, and performance optimization of materials for gas-phase CO 2 reduction.

Atomic‐Level Reactive Sites for Semiconductor‐Based Photocatalytic CO2 Reduction

“…Atomic‐level reactive sites can be introduced into photocatalysts via a range of strategies such as: introducing vacancies in the crystal lattice, doping single heterogeneous atoms, anchoring functional groups and loading metal complexes on the surface, and fabricating FLPs . With advances in characterization technologies and synthesis methods, researchers can design materials from atomic level to reveal fundamental photocatalytic CO 2 reduction from spatial‐and‐time perspectives using, for, e.g., high resolution transmission electron microscope (HRTEM), scanning transmission electron microscopy (STEM), and in situ technologies.…”

Von Sonnenlicht zu Brennstoffen: aktuelle Fortschritte der C1‐Solarchemie

“…[117] Ozin und Mitarbeiter beschrieben eine ausgezeichnete Aktivitätvon In 2 O 3Àx (OH) y -NPs fürd ie photokatalytische Reduktion von CO 2 mit H 2 unter sowohl ultraviolettem als auch sichtbarem Licht. [119] Durch Zusammenfügen von In 2 O 3Àx (OH) y -Nanokristallen zu porçsen Nanostäbchen-Überstrukturen [120] oder Integration von In 2 O 3Àx (OH) y mit senkrecht ausgerichteten Silicium-Nanodrähten (SiNWs) [121] wird die photokatalytische RWGS-Aktivität Wegen seines häufigen Vorkommens,s einer Ungiftigkeit und seines niedrigen Kaufpreises ist Silicium ein vielversprechender Halbleiter fürdie Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität. À1 h À1 und 70 nmol g Kat.…”

“…[127,128] Plasmonenanregung von Au-NPs auf einem ZnO-Träger konnte zu einer wesentlichen Erwärmung des Au/ZnO-Katalysators und Umwandlung von CO 2 und H 2 in CO und CH 4 führen. [119][120][121][122] Copyright 2016, AmericanC hemical Society.f)Ursprung des Unterschiedsd er experimentellen Aktivierungsenergie DE a , Exp. In 2 O 3Àx (OH) y fürlichtgetriebene RWGS.…”

“…Nach den faszinierenden Ergebnissen mit In 2 O 3Àx (OH) y wurde entdeckt, dass die Oxidationsstärke des Vorstufenanions eine entscheidende Wirkung auf die Population der Oberflächendefektstellen hat und dadurch auch die photokatalytische Aktivitätb eeinflusst (Abbildung 8a). [119] Durch Zusammenfügen von In 2 O 3Àx (OH) y -Nanokristallen zu porçsen Nanostäbchen-Überstrukturen [120] oder Integration von In 2 O 3Àx (OH) y mit senkrecht ausgerichteten Silicium-Nanodrähten (SiNWs) [121] wird die photokatalytische RWGS-Aktivität [125] Ozin und Mitarbeiter haben gefunden, dass Hydrid-terminierte Silicium-Nanokristalle (ncSi:H) mit einem mittleren Durchmesser von 3.5 nm als heterogenes Einkomponenten-Reduktionsmittel fürdie Umwandlung von CO 2 in CO mit einer Geschwindigkeit von hunderten mmol g À1 h À1 wirken kçnnen (Abbildung 9a). [126] FTIR-Analysen lassen darauf schließen, dass die Si-H-Oberflächenzentren stark zu der Umwandlung von CO 2 in CO beitragen (Abbildung 9b).…”

Surface chemistry and stability of metastable corundum-type In2O3

“…The studies are also partially fueled by the outstanding reactivity properties of its cubic In 2 O 3 counterpart (c-In 2 O 3 hereafter), which exhibits extraordinarily high CO 2 selectivities in methanol steam reforming (essentially referenced to the simultaneous largely suppressed inverse water-gas shift reactivity 13,14 ), as well as the activity in catalytic dehydrogenation of light hydrocarbons 15 and in photocatalytic CO 2 reduction. 16,17 Studies of the surface chemistry of In 2 O 3 polymorphs are also needed for understanding the mechanism of gas detection with indium oxide applied as a chemiresistive gas sensor. [18][19][20][21] As for the latter, many oxides exhibit excellent sensing properties for various gases.…”