Single‐Atom Pt Anchored Polyoxometalate as Electron‐Proton Shuttle for Efficient Photoreduction of CO2 to CH4 Catalyzed by NiCo Layered Doubled Hydroxide

催化作用 多金属氧酸盐 光催化 电子转移 氢氧化物 质子耦合电子转移 光化学 质子化 选择性 离解(化学) 化学 材料科学 无机化学 物理化学 有机化学 离子
作者
Ailin Cai,Guicong Hu,Wei Chen,Sai An,Bo Qi,Yu‐Fei Song
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (2): e2410343-e2410343 被引量:10
标识
DOI:10.1002/smll.202410343
摘要

Abstract The crucial role of active hydrogen (H*) in photocatalytic CO 2 methanation has long been overlooked, although recently, accelerating proton‐coupled electron transfer (PCET) processes to enhance CH 4 productivity and selectivity has garnered significant attention. Herein, a single‐atom Pt‐anchored H 3 PMo 12 O 40 (Pt 1 ‐PMo 12 ) is applied as an efficient proton–electron shuttle to facilitate the photocatalytic performance of NiCo layered double hydroxide (NiCo‐LDH). The resultant Pt 1 ‐PMo 12 @NiCo‐LDH exhibited superior CH 4 productivity (723 µmol g −1 h −1 ) with CH 4 selectivity of 82.3%, showcasing a 24.9 times productivity enhancement over NiCo‐LDH (29 µmol g −1 h −1 ). Systematic investigations revealed that abundant H* is generated by the dissociation of H 2 O on Pt 1 sites and stored within Pt 1 ‐PMo 12 . Subsequently, the multiple H* rapidly migrated from Pt 1 ‐PMo 12 to the catalytic sites on NiCo‐LDH by the engineered strong Mo─O─Ni/Co bonds, thereby significantly expediting the PCET process. The in situ DRIFTS and theoretical calculations elucidated that the Pt 1 ‐PMo 12 decreased the energy barrier for *CO protonation to *CHO (0.38–0.18 eV) and optimized the rate‐determining step of *CH 3 to *CH 4 (0.64 eV), thus promoting highly active and selective CH 4 generation. This work provided novel insights into achieving efficient photocatalytic CO 2 methanation by modulating the fast generation and transport of active H*.
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