In Situ Bismuth Exsolution‐Driven Controllable Bi/Bi 4 Ti 3 O 12 Heterointerface Catalysts for Enhanced Photocatalytic CO 2 ‐to‐HCOOH Conversion

材料科学 催化作用 纳米颗粒 光催化 吸附 合理设计 产量(工程) 原位 化学工程 费米能级 纳米技术 化学物理 异质结 光电子学 电子结构 活动中心 电荷(物理) 密度泛函理论 制作 科技与社会 领域(数学) 电场
作者
Guojun Li,Zhen Chen,Yuxuan Wang,Haiwei Su,Lin Chen,Jianjun Chen,Jingrong Xiao,Ruonan Wang,Shule Zhang,Qin Zhong,Junhua Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (13): e4308936-e4308936 被引量:4
标识
DOI:10.1002/anie.4308936
摘要

ABSTRACT Heterointerface engineering based on built‐in electric field (BIEF) has emerged as a promising route for regulating interfacial charge transfer and the electronic structure of active sites to achieve efficient photocatalytic CO 2 reduction. However, constructing strongly coupled heterointerfaces to maximize BIEF effects remains challenging. Herein, an off‐equilibrium solvothermal strategy is employed to induce the in situ exsolution of bismuth (Bi) nanoparticles from Bi 4 Ti 3 O 12 , yielding tight and homologous Bi/Bi 4 Ti 3 O 12 (Bi/BTOVs) heterointerface catalysts. Both experimental and theoretical analyses reveal a volcano‐type relationship between the intensity of BIEF and the size of the exsolved Bi nanoparticles. Strengthened BIEF facilitates directional interfacial charge transfer and shifts the Bi p‐band center toward the Fermi level. The optimized p‐band center strengthens the adsorption and activation of CO 2 , thus lowering the formation barrier of the *OCHO intermediate. Moreover, the Bi nanoparticles also induce a localized photothermal effect, raising the reaction temperature to accelerate CO 2 reaction kinetics. As a result, the 8 Bi/BTOVs catalyst with the optimal BIEF achieves a high HCOOH yield of 4126.25 µmol·g −1 ·h −1 with near‐unity selectivity. This study provides a generalizable strategy for the rational design of BIEF‐based strongly coupled heterointerfaces, offering a transferable design principle for photocatalytic CO 2 reduction.
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