Strong Photothermal Tandem Catalysis for CO2 Reduction to C2H4 Boosted by Zr–O–W Interfacial H2O Dissociation

催化作用 串联 离解(化学) 材料科学 电子转移 物理化学 氧化物 化学 异质结 光化学 无机化学 有机化学 光电子学 生物化学 复合材料
作者
Ruoxuan Peng,Yuqi Ren,Yitao Si,Kai Huang,Jiancheng Zhou,Lunbo Duan,Naixu Li
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (1): 1-13 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c06218
摘要

Solar-driven CO2 reduction to C2 products (e.g., C2H4) represents a promising approach for achieving carbon neutrality goals. Nevertheless, the high reaction barriers associated with C–C coupling and H2O dissociation hinder the multistep proton-coupled electron transfer (PCET) processes. Herein, we report a zirconium–tungsten oxide heterostructure with single atom Pt anchored on its surface (denoted as Pt/(Zr–W)Ox) to promote the tandem photocatalytic conversion of CO2 to C2H4. Specifically, CO generated at the Pt/ZrO2–x region migrates to the Pt/WO3–x region, where the C–C coupling process is enabled. Furthermore, the electron-deficient W at the Zr–O–W interface serves as a Lewis acid site, boosting the dissociation of H2O molecules to generate active hydrogen species (*H). The abundant supply of *H lowers the formation barriers of the key intermediates *COOH and *CHO. Under the concentrated solar irradiation, the C2H4 yield reaches 242 μmol·g–1 in 0.5 h with an electron-based selectivity of 83.9%, and the solar-to-chemical energy conversion efficiency reaches 1.17%. This work provides unique insights into the design of heterostructured photocatalysts with efficient *H feeding for CO2 reduction.
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