High‐Rate CO 2 ‐to‐CH 4 Photoreduction by Dual‐Proton Hydrogenation Pathway Over Pd‐Anchored Oxygen‐Deficient ZnO Nanosheets

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作者
Kai Zheng,Siying Liu,Juncheng Zhu,Zhongqin Dai,Chengyuan Liu,Bangwang Li,Youbin Zheng,Xinying Chen,Li Zhai,Yang Wu,Wenxiu Liu,Minghui Fan,Jun Hu,Yang Pan,Junfa Zhu,Fanfei Sun,Yongfu Sun,Yi Xie
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (33): e202508259-e202508259 被引量:8
标识
DOI:10.1002/anie.202508259
摘要

Photoreduction of CO2 into CH4 usually comprises upto eight proton-coupled electron transfer steps, greatly reducing the conversion performance. Here, we report a new dual-proton hydrogenation pathway for CO2-to-CH4 conversion, which can condense every two proton-coupled electron transfer steps into one single step. Also, we pioneer the use of in situ synchrotron-radiation vacuum ultraviolet photoionization mass spectrometry to distinguish the crucial HCOOH from COOH intermediates, overcoming the limitation of in situ Fourier-transform infrared spectroscopy. Taking the synthetic Pd/ZnO-VO nanosheets as an example, synchrotron-radiation X-ray absorption fine structure spectroscopy discloses the Pd nanoclusters are anchored on the ZnO-VO nanosheets via building Pd─O bonds, while theoretical calculation demonstrates charge accumulation on the interfacial Pd sites. In situ spectroscopic characterizations, labelling experiments, and adsorption energy calculations collectively establish CO2 undergoes stepwise dual-proton hydrogenation routes, gradually transforming into *HCOOH, *HCHO, *CH3OH, and CH4, different from the traditional CO2-COOH-CH4 processes. Thus, the Pd/ZnO-VO nanosheets exhibit superior CH4 evolution rate of 257.6 µmol g-1 h-1, outperforming all previously reported photocatalysts. This work unlocks an efficient CO2-to-CH4 pathway, largely reducing the number of reaction steps.
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