Engineering Elongated Cu─O─Co Bridges at Heterojunction Interfaces for Efficient Photocatalytic CO 2 ‐to‐C 2 H 4 Conversion

材料科学 异质结 光催化 双金属片 催化作用 纳米技术 化学工程 选择性 能量转换效率 可再生能源 产量(工程) 位阻效应 能量转换 化学能 光化学 合理设计 桥接(联网)
作者
Qijun Xu,M Q Zhang,Wenhao Zhang,J Y Zhang,Y P Zhang,Li X,Li Y,Louzhen Fan,S M Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.76150
摘要

ABSTRACT The photocatalytic conversion of CO 2 into high‐value C 2 products presents a promising green route toward renewable energy storage, fine chemical production and carbon neutrality. However, this process is limited so far by the high energy barrier for C─C coupling and the low efficiency of intermediate protonation. In this study, we constructed a 3hCuO/(Cu 0.7 Co 0.3 )Co 2 O 4 heterojunction photocatalyst and identified the formation of elongated interfacial Cu─O─Co bridging bonds. This catalyst delivers a record‐high C 2 H 4 production rate of 211.5 µmol g −1 h −1 in a CO 2 /water vapor system under 300 W Xenon lamp illumination, a 7.8‐fold improvement over the control sample. Mechanistic studies indicate that the elongated Cu─O─Co bridges strengthen the synergy between the Cu and Co dual‐metal sites: not only can this structural feature leave room for *CO migration, which facilitates proton transfer to Cu sites and accelerates the rate‐determining step (*CO → *COH), it also mitigates steric hindrance caused by the accumulation of reaction intermediates, thus promoting asymmetric *COH‐CO coupling. Consequently, both the yield and selectivity of C 2 H 4 are significantly enhanced. By offering atomic‐level insights into the bimetallic cooperative catalysis, this work paves the way for the rational design of heterojunction bridging structures to efficiently steer CO 2 reduction pathways toward C 2 and beyond.
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