Efficient Photoreduction of CO2 to CO with 100% Selectivity by Slowing Down Electron Transport

化学 选择性 产量(工程) 异质结 光催化 密度泛函理论 Atom(片上系统) 吸附 电子传输链 计算化学 物理化学 催化作用 有机化学 光电子学 材料科学 冶金 生物化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Chen Cheng,Mingge Wu,Yifan Xu,Chunyan Ma,Maoyong Song,Guibin Jiang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (13): 9163-9171
标识
DOI:10.1021/jacs.3c14590
摘要

It remains challenging to obtain a single product in the gas-solid photocatalytic reduction of CO2 because CO and CH4 are usually produced simultaneously. This study presents the design of the I-type nested heterojunction TiO2/BiVO4 with controllable electron transport by modulating the TiO2 component. This study demonstrates that slowing electron transport could enable TiO2/BiVO4-4 to generate CO with 100% selectivity. In addition, modifying TiO2/BiVO4-4 by loading a Cu single atom further increased the CO product yield by 3.83 times (17.33 μmol·gcat-1·h-1), while maintaining 100% selectivity for CO. Characterization and density functional theory (DFT) calculations revealed that the selectivity was mainly determined by the electron transport of the support, whereas CO2 was efficiently adsorbed and activated by the Cu single atom. Such a two-step regulation strategy of combining heterojunction with single atom enhances the possibility of simultaneously obtaining high selectivity and high yield in the photocatalytic reduction of CO2.
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