Harnessing Photo‐to‐Thermal Conversion in Sulfur‐Vulcanized Mxene for High‐Efficiency Solar‐to‐Carbon‐Fuel Synthesis

硫黄 硫化 材料科学 碳纤维 热的 太阳能燃料 工程物理 纳米技术 化学工程 化学 催化作用 工程类 光催化 有机化学 天然橡胶 复合材料 冶金 气象学 物理 复合数
作者
Yahui Chen,Xinyu Lin,Wanhe Li,Hongyang Sun,Shuhan Jia,Yiying Zhou,Yue Hao,Zhonghuan Liu,Shikang Yin,Chengqi Guo,Yuming Sun,Pengwei Huo,Chunxiang Li,Yun Hau Ng,John C. Crittenden,Zhi Zhu,Yan Yan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (33) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/adfm.202400121
摘要

Abstract Harnessing solar energy for the conversion of CO 2 into value‐added chemicals and fuels represents a promising strategy for sustainable development. Photo‐to‐thermal (PTT) conversion, an often‐underestimated factor, offers a remarkable approach to enhance the photocatalytic transformation of CO 2 , by reducing the activation energy of catalytic reactions and accelerating reaction kinetics. In order to achieve a higher energy return on investment (EROI), in this study, a sulfur‐vulcanized, multi‐layer Ti 3 C 2 MXene is unveiled, capable of efficient sunlight‐driven CO 2 photoreduction, by capitalizing on PTT conversion across the full visible‐to‐near‐infrared (NIR) spectrum. The vulcanization strategy is pivotal here, as it not only introduces an abundance of reactive sites but also extends the NIR response (peaking at 1095 nm) of MXene. The resulting rapid PTT and synergistic photo‐thermal‐catalytic CO 2 reduction constitute a significant advance in this area, where CH 4 (12.03 mmol g −1 h −1 ) and C 2 H 4 (3.55 mmol g −1 h −1 ) yields are achieved with a C 2+ selectivity of 29.76% under concentrated natural sunlight. This work sets a new benchmark for EROI with an average solar‐to‐carbon‐fuel (STF) conversion efficiency greater than 0.045%.
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