Efficient Photoelectrocatalysis of Glycerol to Dihydroxyacetone and Synergistic Hydrogen Generation via Dual Oxidation Pathways Using Co-LDH/Bi2O3/TiO2 Ternary Array

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作者
Lu Niu,Rufeng Tian,Wanggang Zhang,Hongxia Wang,Jian Wang,Yiming Liu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (3): 2124-2138 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c05193
摘要

Replacing the oxygen evolution reaction (OER) in photoelectrocatalytic (PEC) water splitting with glycerol oxidation reaction (GOR) not only enhances hydrogen production but also generates high-value glycerol byproducts. In this study, we developed a ternary photoanode, Co-LDH/Bi 2 O 3 /TiO 2, by loading particulate Bi 2 O 3 and linear Co-LDH onto a TiO 2 nanorod for glycerol conversion and hydrogen production. The characterization results confirm the formation of coupled interfaces between Co-LDH and Bi 2 O 3 and TiO 2, which improves the visible light utilization and promotes the formation of type II heterojunctions, resulting in a significant suppression of electron–hole recombination and an improvement in the PEC performance. Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy revealed that the Co-LDH/Bi 2 O 3 /TiO 2 photoanode exhibited stronger adsorption of glycerol intermediate hydroxyl group and more effective desorption of DHA compared to TiO 2 and binary photoanodes (Co-LDH/TiO 2 and Bi 2 O 3 /TiO 2 ), resulting in high-selectivity glycerol conversion to DHA. Mechanistic studies and density function theory calculations have shown that the binary photoanode Co-LDH/TiO 2 oxidizes glycerol mainly through hole oxidation, and the binary photoanode Bi 2 O 3 /TiO 2 oxidizes glycerol mainly through hydroxyl radical ( • OH) oxidation. Therefore, the ternary photoanode constructed (Co-LDH/Bi 2 O 3 /TiO 2 ) with a dual heterojunction converts glycerol through the dual pathways of hole oxidation and • OH oxidation. This work demonstrates a promising strategy for developing high-performance photoanodes in PEC systems for glycerol oxidation and hydrogen production, leveraging the synergistic effects of multisemiconductor heterojunctions and multiple oxidation pathways, offering significant potential for practical applications.
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