Dual Enhancement of *CO Binding and *H Supply by Photothermal Heterojunction Nanosheets toward High-Efficiency CO 2 Methanation

化学 异质结 光热治疗 离解(化学) 甲烷化 催化作用 光化学 X射线光电子能谱 光催化 电子转移 解吸 纳米技术 化学工程 载流子 质子化 飞秒 超快激光光谱学 吸附 氧化还原 女性化学 化学物理 反应中间体
作者
Mingyu Wu,Xiangning Wang,Youbin Zheng,Peng Lan,Awei Hu,Juncheng Zhu,Bangwang Li,Yang Wu,Jun Hu,Chengyuan Liu,Junfa Zhu,Yang Pan,Meng Zhou,Yongfu Sun,Yi Xie
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (49): 45660-45669 被引量:22
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17165
摘要

Photocatalytic CO 2 methanation presents a sustainable route to mitigate greenhouse effect and advance carbon neutrality. However, the pivotal *CO protonation step to *CHO, essential for CH 4 formation, is kinetically and thermodynamically disfavored over *CO desorption, limiting the overall efficiency. To overcome this limitation, we engineer photothermal-coupled Bi 2 S 3 –SnS 2 heterojunction nanosheets that concurrently enhance *CO binding and *H supply, enabling efficient reduction of CO 2 to CH 4 . Comprehensive characterizations via femtosecond transient absorption spectroscopy, in situ X-ray photoelectron spectroscopy, and theoretical calculations confirm a direct Z-scheme charge transfer mechanism. This mechanism promotes charge accumulation at catalytic sites, strengthening *CO binding and thermodynamically switching the dominant pathway from *CO desorption (+1.00 eV) to *CO protonation (−0.88 eV). Additionally, the favorable valence band alignment in the heterojunction facilitates H 2 O dissociation to produce *H. Crucially, H/D kinetic isotopic effect measurements and in situ Fourier-transform infrared spectroscopy reveal a pronounced photothermal effect within the heterojunction, where light-induced heat accelerates H 2 O dissociation and *H transfer kinetics, thereby enhancing the *H supply for *CO protonation. Consequently, the Bi 2 S 3 –SnS 2 heterojunction nanosheets achieve a remarkable CH 4 production rate of 341.4 μmol g –1 h –1, representing a 23.1-fold enhancement over pristine SnS 2 nanosheets and surpassing reported state-of-the-art photocatalysts. This work establishes a paradigm for utilizing photothermal coupling to regulate reaction pathways and boost the catalytic activity in CO 2 conversion.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Hello的应助被aoi采纳,获得10
刚刚
小安完成签到,获得积分20
1秒前
1秒前
1秒前
t6yur发布了新的文献求助10
1秒前
顾矜的应助被胖胖帝王蟹采纳,获得10
2秒前
2秒前
Mrsummer完成签到,获得积分20
2秒前
yeah18完成签到,获得积分10
3秒前
林林发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
认真的数据线完成签到 ,获得积分10
4秒前
强健的含莲完成签到,获得积分10
4秒前
自信河马完成签到,获得积分10
5秒前
司彧发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
5秒前
6秒前
文兴发布了新的文献求助10
6秒前
吴龙完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
7秒前
7秒前
Wei完成签到,获得积分10
7秒前
快乐碱基对完成签到 ,获得积分10
7秒前
陈鹭庆完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
hx完成签到 ,获得积分10
8秒前
8秒前
硫酸盐发布了新的文献求助10
9秒前
乐观醉易完成签到,获得积分20
9秒前
ahhj发布了新的文献求助10
10秒前
开心的汉堡完成签到,获得积分10
10秒前
Zhaoyu完成签到,获得积分10
11秒前
秋风的应助被WIN1016采纳,获得10
11秒前
12秒前
13秒前
13秒前
完美世界的应助被luojh03采纳,获得10
13秒前
13秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Aspects of Post-SPE Phonology 2000
CODESSA 2000
Performance standards for antimicrobial disk and dilution susceptibility tests for bacteria isolated from animals 888
Rosenblum, Global Change Biology 800
Berberine regulates the TLR4 signaling pathway to suppress hypoxia-induced proliferation and migration of pulmonary arterial smooth muscle cells 530
Organizational Behavior 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 计算机科学 工程类 纳米技术 有机化学 化学工程 内科学 物理 生物化学 复合材料 催化作用 细胞生物学 人工智能 心理学 无机化学 基因 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7855897
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9374351
关于积分的说明 20693673
捐赠科研通 7453938
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3345596
关于科研通互助平台的介绍 2488058
邀请新用户注册赠送积分活动 2369441