Oxygen-vacancies-engaged efficient carrier utilization for the photocatalytic coupling reaction

光催化 苯甲醇 化学 光化学 化学吸附 硝基苯 催化作用 氧化还原 苯甲醛 氧气 氧化物 苯甲腈 酒精氧化 电子 无机化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Xue Yang,Huilin Tao,Wan Ru Leow,Jingjun Li,Yan‐Xi Tan,Yongfan Zhang,Teng Zhang,Xiaodong Chen,Shuiying Gao,Rong Cao
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:373: 116-125 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2019.03.022
摘要

Defects can greatly optimize the solar light harvesting capability and electronic structure of oxide materials. However, it remains challenging to achieve a defect engineering strategy under mild conditions. Meanwhile, the simultaneous exploitation of photogenerated holes (h+) and electrons (e−) to promote both photooxidation and photoreduction in a coupled system has rarely been reported. For the first time, we reveal an oxygen-vacancies-mediated photocatalytic strategy in which the electrons and holes are fully utilized for nitrobenzene reduction coupled with benzyl alcohol oxidation. The oxygen vacancies (OVs) generated in situ on the surface of TiO2 greatly extend light absorption into the visible region and promote the photogenerated electron transport for efficient photocatalysis. The experimental and theoretical results together indicate that chemisorption on the TiO2 surface decreases the oxidation potential of benzyl alcohol and causes an upward shift in its HOMO, which facilitates the oxidation reaction of benzyl alcohol to benzaldehyde. The in situ generated surface OVs also act as a bridge to enable the trapping and transferring of the photoinduced electrons to the nitrobenzene. This work provides a new perspective of utilizing the chemisorption between the reactant and catalyst to achieve a defect engineering strategy for synergetic photocatalysis.
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