Microenvironment Modulation of Ultrathin Bronze‐Phase TiO2 Nanosheets for Highly Selective Photocatalytic CO2 Reduction in Water

材料科学 光催化 纳米片 催化作用 化学工程 选择性 电子转移 吸附 相(物质) 过氧化氢 纳米技术 光化学 物理化学 化学 有机化学 工程类
作者
Changchao Jia,Bingjie Wan,Wengang Liu,Linguang Qi,Xiaoxue Liu,Xinxin Han,Ailin Gao,Jian Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (9) 被引量:46
标识
DOI:10.1002/adfm.202311663
摘要

Abstract Photocatalytic reduction of CO 2 with H 2 O provides a promising and sustainable pathway to produce valuable chemicals and fuels. However, the low efficiency of CO 2 reduction and the concomitant competition of H 2 evolution pose serious challenges to practical applications. Herein, a novel approach is proposed to modulate the surface microenvironment of photocatalysts by utilizing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). A bronze‐phase TiO 2 (TB) composed of ultrathin nanosheet with a thickness of ∼3 nm is fabricated and employed as the model catalyst for photocatalytic CO 2 reduction. H 2 O 2 molecules are presumed to be bonded to the ultrathin TB surface to form the TB‐H 2 O 2 (TBHO) active specie. The newly generated TBHO enhances the CO 2 adsorption and accelerates mass transfer, and the weakly acidic microenvironment of the catalyst surface serves the purpose of mediating the proton‐coupled electron transfer path. Consequently, ultrathin TB nanosheets assisted by H 2 O 2 show an excellent CO generation rate of 29.1 µmol −1 g −1 h −1 (which is 11.2‐fold higher than that of pure TB) in water, and the selectivity toward CO is nearly 100%. This work underscores the importance of tailoring the catalyst surface microenvironment to promote the CO 2 reduction while minimizing the H 2 generation in pure water.
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