High-Volumetric Density Atomic Cobalt on Multishell ZnxCd1–xS Boosts Photocatalytic CO2 Reduction

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作者
Ruijin Zeng,Tongyu Liu,Minghao Qiu,Hao Tan,Yu Gu,Na Ye,Zhaoqi Dong,Lu Li,Fangxu Lin,Qiang Sun,Qinghua Zhang,Lin Gu,Mingchuan Luo,Dianping Tang,Shaojun Guo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (14): 9721-9727 被引量:86
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13827
摘要

The volumetric density of the metal atomic site is decisive to the operating efficiency of the photosynthetic nanoreactor, yet its rational design and synthesis remain a grand challenge. Herein, we report a shell-regulating approach to enhance the volumetric density of Co atomic sites onto/into multishell ZnxCd1–xS for greatly improving CO2 photoreduction activity. We first establish a quantitative relation between the number of shell layers, specific surface areas, and volumetric density of atomic sites on multishell ZnxCd1–xS and conclude a positive relation between photosynthetic performance and the number of shell layers. The triple-shell ZnxCd1–xS–Co1 achieves the highest CO yield rate of 7629.7 μmol g–1 h–1, superior to those of the double-shell ZnxCd1–xS–Co1 (5882.2 μmol g–1 h–1) and single-shell ZnxCd1–xS–Co1 (4724.2 μmol g–1 h–1). Density functional theory calculations suggest that high-density Co atomic sites can promote the mobility of photogenerated electrons and enhance the adsorption of Co(bpy)32+ to increase CO2 activation (CO2 → CO2* → COOH* → CO* → CO) via the S–Co-bpy interaction, thereby enhancing the efficiency of photocatalytic CO2 reduction.
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