Constructing Heterojunction Photocatalyst Systems with Spatial Distribution of Au Single Atoms for CO2 Reduction

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作者
Xiaoguang Wang,Lihui Liu,Huiming Cao,Shihao Gong,Honghui Pan,Xiaowen Liu,Pu Wang,Yanrong Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (1): 1273-1285 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsami.4c17745
摘要

In single-atomic photocatalyst systems, the spatial distribution of single atoms on heterojunctions and its impact on photocatalytic processes, particularly on carrier dynamics and the CO 2 reduction process involving multielectron reactions, remains underexplored. To address this gap, a WO 3 /TiO 2 nanotube heterojunction with a spatially selective distribution of Au single atoms was developed using an oxygen vacancy anchoring strategy for CO 2 photoreduction. By anchoring Au atoms onto the WO 3 or TiO 2 components, a substantial number of active sites are generated and the electron transfer pathways from the heterojunction toward Au sites are formed, thereby enhancing carrier separation and concentration. As a result, the total yield of CO 2 reduction products increases by 6.3 times and 3.9 times, respectively. More importantly, due to significant differences in adsorption properties, energy band structures, and reaction energy barrier, as well as a 2-fold difference in carrier lifetime, the selective distribution of Au single-atom sites results in completely different CO 2 photoreduction products: when Au atoms are anchored on WO 3 and TiO 2 components, the product selectivity is 67.6% CH 4 and 82.9% CO, respectively. This study clarifies the vital role of the spatial distribution of single atoms on the selectivity of electron-demanding products.
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