Promoting Interfacial Electron Transfer by In Situ Generated Asymmetric Sn–Ov–Bi Sites for Selective CO2 Photoreduction

电子转移 原位 催化作用 材料科学 电子 光化学 化学物理 化学 物理 生物化学 量子力学 有机化学
作者
Qin Ren,Ye He,Yuxin Zhang,Lili Zhang,Yanjuan Sun,Fan Dong
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (13): 11774-11783 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c02719
摘要

Photocatalytic CO2 reduction offers a promising pathway for carbon neutrality, which fundamentally depends on the transfer of photoexcited electrons to the symmetric O═C═O bonds. However, precisely adjusting the electronic structure of active sites to promote the activation of the CO2 molecules is still challenging. Herein, we demonstrate a light-driven engineering strategy for in situ construction of a dynamic active site, where the strain-induced asymmetric Sn–O–Bi units could evolve into self-optimized Sn–Ov–Bi triatomic sites under irradiation. These in situ generated photosensitive Ovs increase the electron density of neighboring Sn atoms and adjacent Bi atoms to form unique Sn–Ov–Bi triatomic sites, creating a polarized built-in electric field (IEF) that can accelerate charge separation and transfer. In situ electron paramagnetic resonance spectroscopy and in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy further reveal that the strong electron transfer between the Sn–Ov–Bi sites and reactant molecules highly promotes the activation of the CO2 molecules and the formation of H* species, thus facilitating the generation of critical COOH* intermediates. As a result, the in situ-generated asymmetric Sn–Ov–Bi sites enable BiOBr to achieve a stable and high CO production rate with 100% selectivity. This work provides a paradigm for the structural design of dynamic asymmetric active sites and highlights the importance of in situ electronic manipulation in a catalytic reaction.
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