Noble‐Metal‐Free High‐Entropy Alloy Nanoparticles for Efficient Solar‐Driven Photocatalytic CO2 Reduction

材料科学 光催化 合金 辐照 贵金属 纳米颗粒 金属 吉布斯自由能 纳米技术 化学工程 冶金 催化作用 热力学 有机化学 物理 工程类 核物理学 化学
作者
Haowei Huang,Jiwu Zhao,Hele Guo,Bo Weng,Hongwen Zhang,Rafikul Ali Saha,Menglong Zhang,Feili Lai,Yufan Zhou,Rubio‐Zuazo Juan,Pengcheng Chen,Sibo Wang,Julian A. Steele,Fulan Zhong,Tianxi Liu,Johan Hofkens,Yu‐Ming Zheng,Jinlin Long,Maarten B. J. Roeffaers
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (26): e2313209-e2313209 被引量:128
标识
DOI:10.1002/adma.202313209
摘要

Abstract Metal nanoparticle (NP) cocatalysts are widely investigated for their ability to enhance the performance of photocatalytic materials; however, their practical application is often limited by the inherent instability under light irradiation. This challenge has catalyzed interest in exploring high‐entropy alloys (HEAs), which, with their increased entropy and lower Gibbs free energy, provide superior stability. In this study, 3.5 nm‐sized noble‐metal‐free NPs composed of a FeCoNiCuMn HEA are successfully synthesized. With theoretic calculation and experiments, the electronic structure of HEA in augmenting the catalytic CO 2 reduction has been uncovered, including the individual roles of each element and the collective synergistic effects. Then, their photocatalytic CO 2 reduction capabilities are investigated when immobilized on TiO 2 . HEA NPs significantly enhance the CO 2 photoreduction, achieving a 23‐fold increase over pristine TiO 2 , with CO and CH 4 production rates of 235.2 and 19.9 µmol g −1 h −1 , respectively. Meanwhile, HEA NPs show excellent stability under simulated solar irradiation, as well high‐energy X‐ray irradiation. This research emphasizes the promising role of HEA NPs, composed of earth‐abundant elements, in revolutionizing the field of photocatalysis.
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