Superhydrophobic Photochromic TiO2/Bi2WO6 Materials Promote Photocatalytic CO2 Reduction under Visible Light Irradiation

光致变色 材料科学 光催化 辐照 可见光谱 还原(数学) 光化学 纳米技术 化学工程 光电子学 催化作用 有机化学 几何学 物理 工程类 核物理学 化学 数学
作者
Hong Qian,Binxia Yuan,Yuhao Liu,Rui Zhu,Chengxi Zhang,Hexing Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.5c06303
摘要

Photocatalytic CO2 reduction to renewable fuels presents a promising strategy to mitigate greenhouse effects, yet challenges persist in achieving high efficiency due to CO2's thermodynamic stability and competitive H2O adsorption. Herein, we develop a superhydrophobic photochromic TiO2/Bi2Wo6 (TBW-2O) nanocomposite that synergistically enhances visible-light-driven CO2 reduction. Dynamic charge management via reversible W6+↔W5+ transitions not only suppresses charge recombination but also facilitates electron transfer for CO2 activation, as evidenced by in situ XPS and EPR. The superhydrophobic surface designed with sodium oleate (water contact angle >150°) selectively enriches CO2 at the active sites compared to H2O (ΔGCO2 = -2.88 eV vs ΔGH2O = -1.17 eV). Dual heterojunction effects (Type II + Z-scheme) between TiO2 and Bi2WO6 optimize light absorption and redox potentials. The optimized TBW-2O achieves exceptional CH4 and CO production rates of 48.09 and 37.40 μmol·g-1·h-1, respectively, representing 19.7- and 6.6-fold enhancements over pure TiO2. Notably, it attains an apparent quantum yield (AQY) of 0.35% (CH4) and 0.32% (CO) at 350 nm without sacrificial agents or noble metals. Combined experimental and theoretical analyses reveal that the W6+/W5+ redox cycle and hydrophobic interface collaboratively promote COOH/CHO intermediate formation, steering the reaction pathway toward CH4. This work provides a design blueprint for multifunctional photocatalysts integrating photochromism and surface wettability control.
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