Concentrating photo-thermo-organized single-atom and 2D-raft Cu catalyst for full-spectrum solar harmonic conversion of aqueous urea and urine into hydrogen

催化作用 水溶液 尿素 化学 氢原子 化学工程 木筏 Atom(片上系统) 光化学 材料科学 物理化学 有机化学 计算机科学 烷基 工程类 共聚物 嵌入式系统 聚合物
作者
Rong Ma,Hui Su,Jie Sun,Donghui Li,Zhenwen Zhang,Jinjia Wei
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:315: 121493-121493 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121493
摘要

Solar-driven hydrogen evolution from urea-rich wastewater is a highly promising energy-environment bi-functional synthetical solution, while the intrinsic contradict between spectral energy quantity and quality of sunlight limits the existing wavelength-dependent technologies. Herein, we report the first demonstration of concentrated photo-thermo-catalysis (CPTC) technology that regulates the spectral energy quantity and quality and creates the synergy between photon and thermal effects to achieve full-spectrum solar harmonic conversion of aqueous urea and urine into hydrogen. The 50% enhanced CPTC performance compared with sole photo-/thermo-catalysis is achieved due to: (1) Catalyst structure optimization. Single Cu atom and 2D Cu raft are acquired on defect-rich TiO 2 support by photo-thermo-organized metal-support interaction; (2) Reaction pathway expansion. The breakthrough against thermodynamic barrier of urea to hydrogen is realized by the novel cascade reactions of thermally-triggered urea hydrolysis and thermally-assisted ammonia photo-decomposition. The technological viability is convincingly presented through outdoor test with artificial urine under real sunlight. • Utilizing light and heat of solar energy for hydrogen evolution from urine is firstly reported. • 50% Enhanced CPTC performance compared with sole photo-/thermo-catalysis is achieved. • Synergism of optimized catalyst structure and expanded reaction pathway is revealed. • Concentrating photo-thermo-organized single-atom and 2D-raft Cu catalysts are formed. • The technological viability is verified with the urine under real sunlight.
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