Precise control and understanding of surface changes in indium (In)-based catalysts during the electrocatalytic CO₂ reduction reaction (CO₂RR) process are challenging. This study presents a series of surface-reconstructed In₂O₃–Bi electrocatalysts, created by doping mesoporous In₂O₃ nanocubes with bismuth (Bi). This doping introduces abundant bimetallic In–Bi sites at the crystal–amorphous interfaces, enhancing the CO₂-to-formate conversion selectivity. Bi atoms accelerate the surface reconstruction of In₂O₃, reduce the charge density around In atoms, and promote partial amorphization. In situ X-ray diffraction (XRD) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) measurements and density functional theory (DFT) calculations show that the bimetallic In–Bi sites lower the energy barrier for the HCOOH* intermediate, enhance H₂O dissociation, and inhibit the hydrogen evolution reaction (HER). The surface-reconstructed In_1.8Bi_0.2O₃ electrocatalyst demonstrates a Faradaic efficiency (FE) of 92.6% and a partial current density of −28.5 mA·cm^–2 and operates stably for 110 h in a H-type cell. In a flow cell, it achieves an FE of formate (FE_formate) of 97.6% at −1.4 V_RHE and maintains above 94% FE_formate over a potential window of 800 mV (from −1.0 to −1.8 V vs RHE). This study offers an effective approach for designing high-performance electrocatalysts for the CO₂RR based on surface reconstruction.

中文翻译：

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表面重构的介孔 In1.8Bi0.2O3 纳米立方体作为电催化剂，将 CO2 高效转化为甲酸盐


在电催化 CO₂ 还原反应 （CO₂RR） 过程中，精确控制和了解铟 （In） 基催化剂的表面变化具有挑战性。本研究提出了一系列表面重构的 In₂O_3-Bi 电催化剂，这些催化剂是通过用铋 （Bi） 掺杂介孔 In₂O₃ 纳米立方体制成的。这种掺杂在晶体-非晶界面处引入了丰富的双金属 In-Bi 位点，增强了 CO₂ 到甲酸盐的转化选择性。Bi 原子加速 In₂O₃ 的表面重构，降低 In 原子周围的电荷密度，促进部分非晶化。原位X 射线衍射 （XRD） 和傅里叶变换红外光谱 （FT-IR） 测量和密度泛函理论 （DFT） 计算表明，双金属 In-Bi 位点降低了 HCOOH* 中间体的能垒，增强了 H₂O 解离，并抑制了析氢反应 （HER）。表面重构的 In_1.8Bi_0.2O₃ 电催化剂表现出 92.6% 的法拉第效率 （FE） 和 −28.5 mA·cm^–2 的部分电流密度，并在 H 型电池中稳定运行 110 h。在流通池中，它在 −1.4 V_RHE 下实现了 97.6% 的甲酸盐 FE（_甲酸盐 FE），并在 800 mV 的电位窗口（从 -1.0 到 −1.8 V 与 RHE 之间）保持 94% 以上的甲_酸盐 FE。本研究为基于表面重构的 CO₂RR 高性能电催化剂设计提供了一种有效的方法。