Asymmetric Triple‐Atom Sites Combined with Oxygen Vacancy for Selective Photocatalytic Conversion of CO2 to Propionic Acid

光催化 三键 选择性 密度泛函理论 Atom(片上系统) 碳纤维 化学 氧气 光化学 材料科学 计算化学 有机化学 催化作用 双键 计算机科学 复合数 复合材料 嵌入式系统
作者
Haiwei Su,Haibo Yin,William Orbell,Yuqing Li,Guoliang Wang,Yunlong Wang,Kohsuke Mori,Zhen Chen,Hexing Li,Hiromi Yamashita,Junhua Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202425446
摘要

Photocatalytic CO2 reduction to multicarbon products is an emerging approach for achieving carbon neutrality; however, the design of active sites that effectively promote multistep C-C coupling remains a challenge. Here, we propose a straightforward defect engineering approach to construct asymmetric triple-atom sites (Cu-Cuδ+-Wδ+) on CuWO4 with oxygen vacancies (OVs) (named CWO-OVs). The optimized CWO-OVs achieve a photochemical synthesis rate of propionic acid (C3H6O2, PA) of 86.46 ± 2.92 μmol g-1 h-1, with an electron-based selectivity of 89.27%, which exhibits a remarkable advantage in the field of photocatalytic CO2 reduction to C2+ products. Experimental results and density functional theory calculations corroborate the prominent role of OVs in inducing the triple-atom sites: (1) the asymmetric Cu-Cuδ+ triggers the first step of C1-C1 coupling to form *CH2CH3; (2) Cuδ+-Wδ+ facilitates subsequent C2-C1 bonding, ultimately leading to PA production. This charge-asymmetric cascade reaction system offers new insights into the design of efficient photocatalysts for the synthesis of multi-carbon products.
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