Single‐Atom‐Layer Metallization of Plasmonic Semiconductor Surface for Selectively Enhancing IR‐Driven Photocatalytic Reduction of CO2 into CH4

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作者
Na Lu,Xiaoyi Jiang,Yongan Zhu,Linqun Yu,Shiwen Du,Jindou Huang,Zhenyi Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (4): e2413931-e2413931 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adma.202413931
摘要

Abstract Efficient harvesting and utilization of abundant infrared (IR) photons from sunlight is crucial for the industrial application of photocatalytic CO 2 reduction. Plasmonic semiconductors have significant potential in absorbing low‐energy IR photons to generate energetic hot electrons. However, modulating these hot electrons to selectively enhance the activity of CO 2 reduction into CH 4 remains a challenge. Herein, the study proposes a single‐atom‐layer (SAL) metallization strategy to enhance the generation of IR‐driven hot electrons and facilitate their transfer from plasmonic semiconductors to CO 2 for producing CH 4 . This strategy is demonstrated using a paradigmatic W 18 O 49 @W‐Sn nanowire array (NWA), where Sn 2+ ions are grafted onto exposed O atoms on the surface of plasmonic W 18 O 49 to form a surface W‐Sn SAL. The incorporation of Sn single atoms enhances plasmonic absorption in IR light for W 18 O 49 NWA. The W‐Sn SAL not only promotes CO 2 adsorption and reduces its reaction activation energy barrier but also shifts the endoergic CO‐protonation process toward an exoergic reaction pathway. Thus, the W 18 O 49 @W‐Sn NWA exhibits >98% selectivity for IR‐driven CO 2 reduction to CH 4 with an activity over 9.0 times higher than that of bare W 18 O 49 NWA. This SAL metallization strategy can also be applied to other plasmonic semiconductors for selectively enhancing CO 2 ‐to‐CH 4 reduction reactions.
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