In-situ grown nanocrystal TiO2 on 2D Ti3C2 nanosheets for artificial photosynthesis of chemical fuels

材料科学 纳米晶 异质结 人工光合作用 纳米技术 太阳能燃料 纳米复合材料 纳米颗粒 太阳能电池 热液循环 化学工程 带隙 光催化 催化作用 光电子学 有机化学 工程类 化学
作者
YP Xu,Shuai Wang,Jun Yang,Bo Han,Rong Nie,Jixian Wang,Jianguo Wang,Huanwang Jing
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:51: 442-450 被引量:127
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2018.06.086
摘要

Artificial photosynthesis of high-valued chemicals is a promising route to alleviate global warming and energy crisis. Herein, a layered hybrid heterojunction of TiO2/Ti3C2 was synthesized by a facile hydrothermal oxidation method. The TiO2/Ti3C2 heterojunction was further functionalized by imine ligands and Pd nanoparticles, and used as a photocathode in CO2 reduction for the first time. These layered TiO2/Ti3C2 heterojunction materials have narrow band gap (2.1 eV), which contributes to the absorption of visible light. In the artificial photosynthetic cell of Pd/N-TiO2/Ti3C2||BiVO4, some hydrocarbon, such as formate, methanol and ethanol, were generated efficiently. The evolution rate of total hydrocarbon was as high as 73.6 μM cm−2 h−1 (36.8 mM h−1 g−1). The hydrogen gas can be evolved in the photoelectrocatalysis cell when the external voltage provided by Si solar cell is as low as − 0.4 V, due to the high activity of the heterojunction structure. The highest apparent light quantum efficiency of artificial photosynthesis cell was 1.78% at − 1.0 V. The carbon source of products was derived from CO2, which was verified by 13CO2 labeling experiments. The experimental results suggest that the in-situ formed TiO2/Ti3C2 heterojunction materials can be employed as candidates for efficiently photoelectrocatalytic reduction of CO2 to chemical fuels.

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