Ag–Au Antenna-Reactor System with Enhanced Superimposed LSPR-Induced Electric Fields for Plasmon-Mediated CO2 Photoreduction

等离子体子 催化作用 天线(收音机) 材料科学 电场 光化学 表面等离子共振 光电子学 光催化 化学 纳米颗粒 纳米技术 物理 电信 计算机科学 量子力学 生物化学
作者
Dan Tan,Tian Wei,Baorong Xu,Dawei Wang,He Li,Ying Zhou,Bo Lin,Guidong Yang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (17): 15629-15639 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c04104
摘要

Plasmon-mediated CO2 photoreduction (PMCPR) to value-added fuels provides a fascinating approach for conversion of CO2 and renewable energy supply, yet its practical implementation remains hindered by the low efficiency in the generation, separation, and transportation of hot carriers. Herein, a unique antenna-reactor system of Ag–Au core–shell nanocubes (Ag–Au AR) is constructed. Atomic-resolution HAADF-STEM images and XPS spectra evidence that the discrete shell consisting of three or four layers of Au atoms (a thickness of ∼1 nm) is wrapped on the surface of Ag nanocubes (Ag NCs) with an average size of 30 nm. Through FDTD simulations, a significantly enhanced superimposed LSPR-induced electric field emerges due to the Ag–Au plasmonic antenna, and its field intensity enhancement is 7.7-fold compared with that of Ag NCs. Femtosecond-resolved ultrafast TAS and quasi-in situ KPFM results reveal that the generation, separation, and transfer processes of hot carriers are significantly accelerated owing to the introduction of the discrete Au shell as the nanoreactor in Ag–Au AR. In situ DRIFTS and DFT calculations further suggest the positive role of the Ag–Au interfaces on the formation and stabilization of the key intermediate of *CHO. As a result, Ag–Au AR exhibits a high plasmonic photocatalytic CH4 production rate of 865.8 μmol·g–1·h–1 with a superior selectivity of 94%, surpassing the majority of state-of-the-art catalysts.
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