Localized surface plasmon resonance effect of V4C3-MXene for enhancing photothermal reduction of CO2 in full solar spectrum

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作者
Ying Liu,Guoqiang Tan,Shuaijun Feng,Bixin Zhang,Tian Liu,Zeqiong Wang,Yu Bi,Qian Yang,Huijun Ren,Long Lv,Wenlong Liu,Ao Xia,Qiangsheng Zhao
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:326: 124726-124726 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.124726
摘要

Photothermal catalysis in the full solar spectrum has attracted wide attention in alleviating the greenhouse effect and energy crisis. In this work, the V4C3-MXene layered material with 13.87 μmol·g-1 holes on its crystal surface and 119.3 μmol·g-1 electrons inside the crystal was prepared by etching the Al atomic layer of V4AlC3 with HF. Under full-spectrum sunlight irradiation, the electrons and holes in V4C3-MXene are excited to produce resonant excitation, which generates hot holes and high-energy hot electrons lagging behind the holes. High-energy hot holes first dissociate H2 into H+, while the high-energy hot electrons generate *CO2- with the adsorbed CO2, *CO2- then reacts with dissociated •OH and hot electrons to form HCO3-. HCO3- gains electrons and H+ and is further decomposed into •OH and *CO. Finally, *CO desorbs to produce CO. The resonance effect between the holes and the stored electrons of the V4C3-MXene crystal increases the ambient temperature of V4C3-MXene surface to 369 °C, accelerating the photothermal catalytic reduction of CO2 reaction. In the CO2 hydrogenation reduction reaction at 250 °C under the simulated sunlight irradiation for 3 h, the CO yield of V4C3-MXene is 95.68 μmol·g-1·h-1 and the CO selectivity is 96%. This work not only provides experimental validation for the photothermal catalytic conversion of CO2 by V4C3-MXene materials with localized surface plasmon resonance (LSPR) effect, but also a feasible research guidance for the design and synthesis of MXene full-spectrum photothermal catalysts.
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