Metaln+-Metalδ+ pair sites steer C-C coupling for selective CO2 photoreduction to C2 hydrocarbons

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作者
Weiwei Shao,Xiaodong Li,Juncheng Zhu,Xiaolong Zu,Liang Liang,Jun Hu,Yang Pan,Wensheng Yan,Yongfu Sun,Yi Xie
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:15 (3): 1882-1891 被引量:31
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3789-x
摘要

The major obstacle for selective CO2 photoreduction to C2 hydrocarbons lies in the difficulty of C-C coupling, which is usually restrained by the repulsive dipole-dipole interaction between adjacent carbonaceous intermediates. Herein, we first construct semiconducting atomic layers featuring abundant Metaln+-Metalδ+ pair sites (0 < δ < n), aiming to tailor asymmetric charge distribution on the carbonaceous intermediates and hence trigger their C-C coupling for selectively yielding C2 hydrocarbons. As an example, we first fabricate Co-doped NiS2 atomic layers possessing abundant Ni2+-Niδ+ (0 < δ < 2) pairs, where Co doping strategy can ensure higher amount of Ni2+-Niδ+ pair sites. In-situ Fourier-transform infrared spectroscopy, quasi in-situ Raman spectroscopy and density-functional-theory calculations disclose the Ni2+-Niδ+ pair sites endow the adjacent CO intermediates with distinct charge densities, thus decreasing their dipole-dipole repulsion and hence lowering the rate-limiting C-C coupling reaction barrier. As a result, in simulated flue gas (10% CO2 balance 90% N2), the ethylene selectivity for Co-doped NiS2 atomic layers reaches up to 74.3% with an activity of 70 µg·g−1·h−1, outperforming previously reported photocatalysts under similar operating conditions.
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