Restructuring at Au/AlOOH Interface Enables Enhanced CO2 Photoreduction by Synergistically Optimizing Charge Separation and H2O Activation

材料科学 重组 化学工程 接口(物质) 电荷(物理) 纳米技术 复合材料 业务 财务 毛细管数 量子力学 物理 工程类 毛细管作用
作者
Wenchao Shangguan,Guoqiang Li,Shaoyong Gui,Xiaodong Zhang,Sugang Meng,Shifu Chen,Yingxuan Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (34) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adfm.202501285
摘要

Abstract Separating photoexcited holes in metallic nanostructure to drive H 2 O oxidation reaction to balance the CO 2 photoreduction reaction is highly desirable, but challenging. The bottleneck lies in the sluggish kinetics of both photoexcited hole transfer and H 2 O oxidation. Herein, this work demonstrates that the in situ reconstruction of n ‐type wide‐bandgap AlOOH‐supported Au nanoparticle heterogeneous photocatalyst, triggered by thermal and photothermal cooperative effect during photocatalytic reactions, facilitates the efficient CO 2 photoreduction through optimizing the Au 5 d ‐band holes separation and H 2 O activation. In situ and ex situ characterizations evidence restructuring at interfaces to form an ultrathin γ‐Al 2 O 3 nanolayer (≈2 nm thickness), which optimizes the energy band structure and promotes spontaneous transfer of photoexcited Au 5 d ‐band holes to the valence band of AlOOH, and prolongs the lifetime of electrons available for CO 2 reduction on Au. Furthermore, hydroxyl vacancies generated during restructuring process are demonstrated to promote H 2 O adsorption and lower the energy barrier for O 2 formation, supplying adequate protons for CO 2 protonation reduction and thereby boosting CO 2 photoreduction efficiency. This study offers valuable insights into the underlying mechanisms of utilizing n ‐type semiconductors to separate photoexcited d ‐band holes in metal nanoparticles.
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