Enhancing Photocatalytic CO2 Conversion through Oxygen‐Vacancy‐Mediated Topological Phase Transition

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作者
Sudong Yang,Xu Guo,Xiaoning Li,Tianze Wu,Longhua Zou,Zhiying He,Qing Xu,Junjie Zheng,Lin Chen,Qingyuan Wang,Zhichuan J. Xu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (11): e202317957-e202317957 被引量:50
标识
DOI:10.1002/anie.202317957
摘要

Weak adsorption of gas reactants and strong binding of intermediates present a significant challenge for most transition metal oxides, particularly in the realm of CO2 photoreduction. Herein, we demonstrate that the adsorption can be fine-tuned by phase engineering of oxide catalysts. An oxygen vacancy mediated topological phase transition in Ni-Co oxide nanowires, supported on a hierarchical graphene aerogel (GA), is observed from a spinel phase to a rock-salt phase. Such in situ phase transition empowers the Ni-Co oxide catalyst with a strong internal electric field and the attainment of abundant oxygen vacancies. Among a series of catalysts, the in situ transformed spinel/rock-salt heterojunction supported on GA stands out for an exceptional photocatalytic CO2 reduction activity and selectivity, yielding an impressive CO production rate of 12.5 mmol g-1 h-1 and high selectivity of 96.5 %. This remarkable performance is a result of the robust interfacial coupling between two topological phases that optimizes the electronic structures through directional charge transfer across interfaces. The phase transition process induces more Co2+ in octahedral site, which can effectively enhance the Co-O covalency. This synergistic effect balances the surface activation of CO2 molecules and desorption of reaction intermediates, thereby lowering the energetic barrier of the rate-limiting step.
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