Metal‐Free Semiconductor‐Based Bio‐Nano Hybrids for Sustainable CO2‐to‐CH4Conversion with High Quantum Yield

产量(工程) 量子产额 半导体 纳米- 金属 光催化 纳米技术 材料科学 选择性 化学 催化作用 光电子学 有机化学 冶金 物理 复合材料 荧光 量子力学
作者
Andong Hu,Jie Ye,Guoping Ren,Yaping Qi,Yi‐Ping Chen,Shungui Zhou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:134 (35) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/ange.202206508
摘要

Abstract Bio‐nano hybrids with methanogens and nano‐semiconductors provide an innovative strategy for solar‐driven CO 2 ‐to‐CH 4 conversion; however, the efficiency mismatch between electron production and utilisation results in low quantum yield and CH 4 selectivity. Herein, we report the integration of metal‐free polymeric carbon nitrides (CN x ) decorated with cyanamide (NCN) groups and Methanosarcina barkeri ( M. b ). The self‐assembled M. b ‐ NCN CN x exhibited a quantum yield of 50.3 % with 92.3 % CH 4 selectivity under illumination, which outperforms other reported bio‐nano hybrid systems and photocatalytic systems for CO 2 reduction. This excellent performance was attributed to the distinct capacitance and conductive effects of NCN CN x , which promoted electron storage and redistribution at the biotic–abiotic interface to alleviate recombination losses and side reaction. This study provides new design guidelines for bio‐nano hybrids for the sustainable photocatalytic reduction of CO 2 into fuels.
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