Oxygen-Bridged Copper Dual-Metal Sites Dispersed on Carbon Nitride for Highly Efficient and Selective Photoreduction of CO 2 to Acetic Acid in Pure Water

化学 氮化碳 催化作用 三聚氰胺 选择性 热解 三聚氰酸 碳纤维 铜 醋酸 氮化物 化学工程 组合化学 光化学 无机化学 联轴节(管道) 超分子化学 能量转换 载流子 协同催化 纳米技术 偶联反应
作者
Khai Hoang Do,Dharani Praveen Kumar,Akkammagari Putta Rangappa,T. T. Hien Ho,Uyen Tu Thi Doan,Hyoju Kim,Hsueh‐Shih Chen,Hyun S. Ahn,Nguyet N. T. Pham,Jin Ming Wang,Tae Kyu Kim
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (20): 20798-20812 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.6c03586
摘要

The development of dual-metal-atom catalysts (DACs) represents a promising strategy for efficient and selective CO 2 photoreduction to C 2 fuels. Herein, a polymeric carbon nitride-based catalyst featuring oxygen-bridged Cu atomic pairs (CuDAC) was synthesized via a straightforward pyrolysis of a layered supramolecular precursor comprising the paddlewheel complex Cu 2 (p-O 2 NC 6 H 4 CO 2 ) 4 (Cu 2 Ph 4 ), melamine and cyanuric acid. In pure water, the optimized CuDAC exhibited an impressive CH 3 COOH formation rate of 62.94 μmol h –1 g –1 and a product selectivity of 98.18%. These metrics were superior to those of polymeric carbon nitride and Cu single-atom counterparts. Experimental and theoretical analyses revealed the pivotal roles of Cu–O–Cu sites in driving the high performance of CuDAC. Essentially, Cu–O–Cu centers enhanced solar light utilization, accelerated charge transfer, increased CO 2 uptake capacity, and promoted favorable surface-CO interactions. Furthermore, the synergistic effects of charge accumulation, electronic delocalization, and the structurally favorable configuration of the Cu–O–Cu motifs stabilized the intermediates, promoted the C–C coupling step, and lowered the reaction barriers. This work provides valuable insights into the design of dual-metal-atom photocatalysts and elucidates their underlying mechanisms, paving the way for the advancement of metal-atom-site catalysts in energy conversion and storage applications.
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