Sulfur Vacancy-Driven Polarization Electric Field in CdIn2S4 Enhances CO2 Photocatalytic Reduction by Facilitating *COOH Formation

光催化 空位缺陷 电场 极化(电化学) 硫黄 材料科学 还原(数学) 化学 光化学 光电子学 催化作用 物理化学 结晶学 物理 冶金 有机化学 量子力学 数学 几何学
作者
Xin Li,Shukui Shi,Yun Deng,Mohan Zu,Heng Zhang,Shuang Ma
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (33): 13219-13226 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c02785
摘要

Photoreduction of CO 2 technology has attracted a great deal of interest from many scientists for the conversion of solar energy into value-added fuels. However, the activity of photoreduction of CO 2 is unsatisfactory due to the very stable CO 2 and low charge separation efficiency. In this work, ultrathin CdIn 2 S 4 nanosheets (CIS) with sulfur vacancies (Sv) were prepared by a calcination technique to achieve efficient photocatalytic CO 2 reduction. Scanning transmission electron microscopy with a spherical aberration corrector, electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) demonstrated the presence of a significant amount of Sv on the surface of CIS-300. Mechanistic studies show that Sv disrupt the crystal configuration of CIS to build a local electron polarization field, which facilitates CO 2 activation and lowers the energy barrier for the generation of *COOH intermediates. Furthermore, density functional theory (DFT) calculations show that Sv improve the density of states at the conduction band edges and introduce defect energy levels that favor electron migration. This optimization resulted in a significant enhancement of the activity of the photocatalytic reduction of CO 2 reaction, with a CO yield of 41.1 μmol·g –1 ·h –1, 5.1 times higher than that of pristine CIS (8.1 μmol·g –1 ·h –1 ). This work paves the way for facilitating CO 2 activation and carrier separation for efficient CO 2 photoreduction.
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