Modulating the Reaction Configuration by Breaking the Structural Symmetry of Active Sites for Efficient Photocatalytic Reduction of Low‐concentration CO2

光催化 分子 氧气 吸附 光化学 化学 空位缺陷 产量(工程) 材料科学 催化作用 化学物理 结晶学 物理化学 有机化学 冶金
作者
Wenyuan Lyu,Yang Liu,Jingyi Zhou,Datong Chen,Xin Zhao,Ruiqi Fang,Fengliang Wang,Yingwei Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (42): e202310733-e202310733 被引量:162
标识
DOI:10.1002/anie.202310733
摘要

Photocatalytic conversion of low-concentration CO2 is considered as a promising way to simultaneously mitigate the environmental and energy issues. However, the weak CO2 adsorption and tough CO2 activation process seriously compromise the CO production, due to the chemical inertness of CO2 molecule and the formed fragile metal-C/O bond. Herein, we designed and fabricated oxygen vacancy contained Co3 O4 hollow nanoparticles on ordered macroporous N-doped carbon framework (Vo-HCo3 O4 /OMNC) towards photoreduction of low-concentration CO2 . In situ spectra and ab initio molecular dynamics simulations reveal that the constructed oxygen vacancy is able to break the local structural symmetry of Co-O-Co sites. The formation of asymmetric active site switches the CO2 configuration from a single-site linear model to a multiple-sites bending one with a highly stable configuration, enhancing the binding and structural polarization of CO2 molecules. As a result, Vo-HCo3 O4 /OMNC shows unprecedent activity in the photocatalytic conversion of low-concentration CO2 (10 % CO2 /Ar) under laboratory light source or even natural sunlight, affording a syngas yield of 337.8 or 95.2 mmol g-1 h-1 , respectively, with an apparent quantum yield up to 4.2 %.
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