Internal Electric Field Modulation in S-Scheme Heterojunctions via MOF Facet Engineering for Efficient Photocatalytic CO2 Reduction

异质结 材料科学 还原(数学) 光催化 面(心理学) 电场 调制(音乐) 光电子学 催化作用 领域(数学) 多相催化 纳米技术 半导体 化学工程 可见光谱
作者
Zhibo Su,Guoqiang Peng,Min Li,Guowei Zhou,Jiandong Pang,Falu Hu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (14): 13347-13359
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c02314
摘要

Abstract Photocatalytic CO2 conversion into high-value-added products represents a promising approach to mitigating global energy demands and environmental problems. S-scheme heterojunctions hold significant potential for photocatalytic CO2 reduction owing to their efficient spatial charge separation and preserved strong redox capabilities, with the internal electric field (IEF) serving as the primary driving force for directional charge transfer. However, achieving precise and rational modulation of the IEF to further boost photocatalytic CO2 conversion efficiency remains a considerable challenge. Herein, we propose a crystal facet engineering strategy to finely tailor the IEF in S-scheme heterojunctions by employing metal−organic frameworks (MOFs) with well-defined exposed facets. A series of NH2-MIL-125@ZnIn2S4 (NM@ZIS) heterojunctions were constructed, and among them, the NM111@ZIS heterojunction interfaced exclusively with the (111) facet was demonstrated to possess the strongest IEF, as unambiguously verified by combined experimental characterization and density functional theory (DFT) calculations. This optimized charge configuration resulted in good photocatalytic CO2 reduction performance, yielding a CO evolution rate of 145.55 μmol·g−1·h−1, substantially outperforming counterparts with mixed or other facet orientations. This work provides a viable pathway for customizing the IEF in S-scheme heterojunctions through MOF crystal facet engineering, offering generalizable insights for the rational design of high-performance photocatalysts.
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