Nanoarchitectonics of S‐Scheme Heterojunction Photocatalysts: A Nanohouse Design Improves Photocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia Performance

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作者
Yamin Xi,Yitong Xiang,Tong Bao,Zhijie Li,Chaoqi Zhang,Ling Yuan,Jiaxin Li,Yin Bi,Chengzhong Yu,Chao Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (38): e202409163-e202409163 被引量:85
标识
DOI:10.1002/anie.202409163
摘要

Photocatalytic nitrate reduction reaction (NitRR) is a promising route for environment remediation and sustainable ammonia synthesis. To design efficient photocatalysts, the recently emerged nanoarchitectonics approach holds great promise. Here, we report a nanohouse-like S-scheme heterjunction photocatalyst with high photocatalytic NitRR performance. The nano-house has a floor of plate-like metal organic framework-based photocatalyst (NH2-MIL-125), on which another photocatalyst Co(OH)2 nanosheet is grown while ZIF-8 hollow cages are also constructed as the surrounding wall/roof. Experimental and simulation results indicate that the positively charged, highly porous and hydrophobic ZIF-8 wall can modulate the environment in the nanohouse by (i) NO3 - enrichment/NH4 + discharge and (ii) suppression of the competitive hydrogen evolution reaction. In combination with the enhanced electron-hole separation and strong redox capability in the NH2-MIL-125@Co(OH)2 S-scheme heterjunction confined in the nano-house, the designed photocatalyst delivers an ammonia yield of 2454.9 μmol g-1 h-1 and an apparent quantum yield of 8.02 % at 400 nm in pure water. Our work provides new insights into the design principles of advanced photocatalytic NitRR photocatalyst.
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