Selective CO2‐to‐CH4 Photoconversion in Aqueous Solutions Catalyzed by Atomically Dispersed Copper Sites Anchored on Ultrathin Graphdiyne Oxide Nanosheets

催化作用 水溶液 光催化 氧化剂 氧化物 材料科学 选择性 制氢 氧化还原 二氧化碳电化学还原 无机化学 光化学 化学工程 纳米技术 化学 一氧化碳 有机化学 工程类
作者
Siyao Wu,Yangqi Ji,Lei Wang,Xiaojun Wu,Hangxun Xu
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
卷期号:5 (7) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/solr.202100200
摘要

Photocatalytic conversion of carbon dioxide (CO 2 ) into chemical fuels using sunlight represents an intriguing approach to simultaneously address energy and environmental issues. However, steering the reaction pathways during the photocatalytic reduction of CO 2 to selectively produce desirable hydrocarbon fuels such as methane (CH 4 ) remains a significant challenge. Meanwhile, suppressing the hydrogen evolution reaction is extremely difficult when the photocatalytic process is carried out in aqueous solutions. Herein, ultrathin graphdiyne oxide nanosheets prepared by oxidizing and exfoliating from as‐synthesized graphdiyne are used to activate coordinated Cu 2+ sites without using additional organic ligands for selective reduction of CO 2 to CH 4 in aqueous solutions. It is shown that the reaction selectivity toward CH 4 and CO production can reach 87% and 13%, respectively, whereas the hydrogen evolution reaction can be completely inhibited. The atomically anchored Cu 2+ ions can effectively trap photogenerated electrons and serve as active sites for the selective CO 2 ‐to‐CH 4 conversion. Considering the rich coordination chemistry of polymer materials, the methodology presented in this study can be extended to prepare various polymer‐based photocatalysts with precisely engineered metallic centers toward the selective reduction of CO 2 to chemical fuels.
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