Symmetry-Differentiated Oxygen-Vacancy Motifs Regulate Au–CeO x Interfaces for Selective Photocatalytic Ethane Production from CO 2

化学 催化作用 光催化 氧气 吸附 选择性 光化学 空位缺陷 解吸 动力学 纳米结构 再分配(选举) 电子供体 电子 联轴节(管道) 电子受体 反应中间体 工作(物理) 化学物理 多相催化 生产率 反应速率 动能 氧化还原 化学动力学 纳米技术 降级(电信) 反应机理 化学工程 碳氢化合物
作者
Wei Bi,Xinhao Meng,Yaru Zheng,Shuohan Wu,Shuohan Wu,Dongliang Zhang,Jiechao Jiang,Shuning Xiao,M X Wang,Ying Li,Shiqun Wu,Shiqun Wu,Yanjie Hu,Chunzhong Li,Jinlong Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (28): 30627-30638
标识
DOI:10.1021/jacs.6c12060
摘要

Steering CO 2 photoreduction toward C 2 hydrocarbons remains challenging because of the sluggish multielectron/proton-transfer kinetics and the high energetic demand for C–C coupling. Herein, we report a flame-spray-pyrolysis strategy to construct Au–CeO x nanostructures featuring coexisting symmetric oxygen vacancies (Ce–O v –Ce) and symmetry-broken oxygen vacancy (Au–O v –Ce) motifs at the Au–CeO x interface. The symmetric Ce–O v –Ce sites provide favorable adsorption environments for CO 2 activation, whereas the symmetry-broken Au–O v –Ce sites induce interfacial electron redistribution and promote electron enrichment. The cooperative interaction between these two vacancy configurations shifts the reaction route from *CO desorption toward deep hydrogenation and *CH 3 -mediated C–C coupling. As a result, the optimized Au–CeO x –SAO v catalyst achieves a C 2 H 6 production rate of 2581 μmol g Au –1 h –1 with a selectivity of 88.14% and an electron utilization rate of 41.22 mmol g Au –1 h –1 in photocatalytic CO 2 reduction with H 2 O. Mechanistic studies suggest that the symmetry-broken Au–O v –Ce sites stabilize hydrogenated C 1 intermediates and lower the energetic requirement for coupling two *CH 3 species. This work establishes symmetry-differentiated oxygen-vacancy engineering as an effective strategy for directing multielectron CO 2 photoreduction toward C 2 hydrocarbons.
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