Interface‐Engineering‐Induced C−C Coupling for C2H4 Photosynthesis from Atmospheric‐Concentration CO2 Reduction

作者
P. Du,J. Ding,Chengyuan Liu,P. L. Li,W. Liu,W. -B. Yan,Y. Pan,J. Hu,J. Zhu,X. Li,Q. Chen,X. Jiao
出处
期刊:Max Planck Society - MPG.PuRe [Max Planck Society]
摘要

Producing ethylene (C2H4) from carbon dioxide (CO2) photoreduction under mild conditions is primarily restricted by the difficulty of C−C coupling. Herein, we designed highly active metal atom clusters anchored on semiconductor nanosheets, which established heteroatom sites on the interface to steer C−C coupling, realizing air-concentration CO2 photoreduction into C2H4 in pure water. As an example, the Pd nanoclusters loaded on ZnO nanosheets are prepared, demonstrated by the X-ray photoelectron spectroscopy and high-angle annular dark-field image. In situ Fourier transform infrared spectroscopy confirms the C−C coupling step over the Pd-ZnO nanosheets, while quasi in situ X-ray photoelectron spectroscopy illustrates the active sites of Pd and Zn atoms on the Pd-ZnO nanosheets during CO2 photoreduction. Density functional theoretical calculations unveil the transition state energy barrier of C−C coupling of CO* and COH* intermediates are only 0.998 eV, hinting the easy C−C coupling to produce C2 fuels. Therefore, the Pd-ZnO nanosheets realize C2H4 photosynthesis by atmospheric-concentration CO2 reduction with the formation rate of 1.03 μmol g−1 h−1, while the ZnO nanosheets only acquired the carbon monoxide product.

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