Multi‐Chambered Branches of Hollow Nanoreactors Drive Spatiotemporal Regulation of * CO Intermediate for Efficient CO 2 ‐to‐CH 4 Photoreduction

选择性 光催化 材料科学 纳米反应器 催化作用 介孔材料 动力学 光化学 化学工程 纳米技术 纳米颗粒 化学 有机化学 量子力学 物理 工程类
作者
Xiaowu Gao,Ziwei Zhao,Zewen Wu,Zhenhuai Yang,Kesheng Guo,Jiecai Han,Yong‐Ho Ra,Xianghua Kong,Jiaqi Zhu,Yongjie Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (5): e14658-e14658 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.202514658
摘要

Abstract The high‐calorific value and gas infrastructure compatibility of methane (CH 4 ) position it as a key target in artificial CO 2 photoreduction. However, the challenge of manipulating the surface coverage of * CO intermediate on catalysts significantly impedes the efficiency and selectivity of CH 4 production during the eight‐electron reduction process. Here, a hollow nanoreactor (HoNR) photocatalyst (hS‐ZnSe/CdSe) with multi‐chambered branches is demonstrated, achieving efficient and selective CH 4 production under visible light. In situ DRIFTS reveals that the branched mesoporous shell can effectively regulate the dispersion and concentration of * CO intermediate, thereby promoting methoxy ( * CH 3 O) formation, which is a significantly kinetic determinant of CH 4 generation. The HoNR photocatalyst demonstrates a superior CH 4 production of 215.5 µmol·g −1 ·h −1 with an electron selectivity of 92%, which surpasses most state‐of‐the‐art photocatalysts, especially without using any noble metal cocatalyst. Moreover, the relationship between intermediate diffusion kinetics and final product selectivity in complex geometries cavities is quantitatively established via systematic simulation. This work revolutionarily leverages chamber‐branched topological architectures to drive spatiotemporally coupled cascade reactions, establishing a potential paradigm for achieving high‐efficiency photocatalysis.
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