Nano‐Antenna Reactors With Spatially Coordinated Microenvironments Enable Atmospheric CO 2 Photoreduction to C 2 H 6

材料科学 催化作用 质子化 光催化 纳米颗粒 化学工程 密度泛函理论 金属 氧化物 纳米技术 原位 工作(物理) 联轴节(管道) 光化学 选择性催化还原 多相催化 光谱学 质子 工作职能 还原(数学) 分解水 生物相容性材料
作者
Dongpo He,Hangtian Hu,L Wang,L N Chen,Peipei Li,Guangbing Huang,Jinyu Ding,Qinyuan Hu,J S Hu,J S Hu,J ZHU,Wensheng Yan,Xiaowen Ruan,Yuming Dong,Ju Wu,Jinguang Hu,Jinguang Hu,Xingchen Jiao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (43): e73817-e73817
标识
DOI:10.1002/adma.73817
摘要

ABSTRACT Photocatalytic CO 2 reduction to multicarbon products is often limited by inefficient proton delivery to metal nanoparticle surfaces, restricting proton‐coupled C─C coupling to a small fraction of metal‐oxide interfacial sites. Here, we report a spatially coordinated microenvironment engineering strategy to activate underutilized metal surface atoms for efficient C 2 H 6 formation, even under low CO 2 concentration. An AuCu‐CeO 2 nano‐antenna‐reactor photocatalyst is constructed where CeO 2 nanosheets serve as oxide antenna supports and Au nanoparticles act as CO 2 reduction reactors. Notably, Cu sites incorporated within Au nanoparticles function as localized water‐activation centers, creating a proton‐rich microenvironment adjacent to CO 2 reduction sites. In situ spectroscopy combined with density functional theory calculations reveals that this proton‐rich microenvironment lowers the rate‐determining *CO to *COH protonation barrier from 1.23 to 0.54 eV, promoting C─C coupling via a *CO─*COH pathway. As a result, AuCu‐CeO 2 achieves a ∼3‐fold enhancement in C 2 H 6 production under pure CO 2 compared with Au‐CeO 2 , while maintaining appreciable rates of 3.3 and 1.67 µmol g −1 h −1 at flue‐gas (15%) and atmospheric (0.03%) CO 2 levels, respectively. This work establishes a general principle for regulating proton‐coupled multi‐electron transformations on catalytic surfaces.
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