Solar-Driven CO 2 -to-CH 4 Conversion Enabled by Fe Tetrahedra in Cs 3 FeCl 5

卤化物 材料科学 四面体 选择性 光催化 产量(工程) 碳氢化合物 能量转换 纳米晶 化学 催化作用 纳米技术 工作(物理) 化学工程 光化学 无机化学 极化(电化学) 能量转换效率 活化能 设计要素和原则
作者
Hao Zheng,Shaoke Chen,Jinlin Yin,Ping Lu,Yuqi Xi,Xinyan Jiang,Yujie Wu,Ning Zhang,Jin Wang,Zhengquan Li
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (1): 581-589
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c03199
摘要

Lead halide perovskites have demonstrated significant potential for CO2 photoreduction, yet achieving efficient conversion to value-added hydrocarbons (e.g., CH4) remains a challenge. This study proposes an iron-based halide photocatalyst, Cs3FeCl5 nanocrystals (NCs), which achieves a photocatalytic CO2-to-CH4 yield of 2.88 mmol g–1 h–1 with a selectivity nearing 100%. This performance surpasses that of most reported single-component photocatalysts for CO2 methanation. Experimental and theoretical studies reveal that Cs3FeCl5 NCs exhibit intrinsic spin polarization to enhance charge separation, and that their tetracoordinated Fe2+ centers strongly hybridize with CO2 via d–p orbital interaction, thus lowering the activation energy and stabilizing the *COOH intermediate for CH4 production. Under natural sunlight, Cs3FeCl5 NCs maintain an impressive photocatalytic performance, highlighting their significant potential for scalable CO2 conversion. This work underscores the critical role of strong CO2 activation in driving hydrocarbon conversion and provides new design principles for cost-effective solar-to-fuel photocatalysts.
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