Subsurface oxygen defects electronically interacting with active sites on In2O3 for enhanced photothermocatalytic CO2 reduction

氧气 催化作用 离域电子 电子 化学物理 金属 材料科学 氧化还原 化学 纳米技术 光化学 化学工程 无机化学 物理 冶金 工程类 量子力学 有机化学 生物化学
作者
Weiqin Wei,Zhen Wei,Ruizhe Li,Zhenhua Li,Run Shi,Shuxin Ouyang,Yuhang Qi,David Lee Philips,Hong Yuan
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:75
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30958-5
摘要

Oxygen defects play an important role in many catalytic reactions. Increasing surface oxygen defects can be done through reduction treatment. However, excessive reduction blocks electron channels and deactivates the catalyst surface due to electron-trapped effects by subsurface oxygen defects. How to effectively extract electrons from subsurface oxygen defects which cannot directly interact with reactants is challenging and remains elusive. Here, we report a metallic In-embedded In2O3 nanoflake catalyst over which the turnover frequency of CO2 reduction into CO increases by a factor of 866 (7615 h-1) and 376 (2990 h-1) at the same light intensity and reaction temperature, respectively, compared to In2O3. Under electron-delocalization effect of O-In-(O)Vo-In-In structural units at the interface, the electrons in the subsurface oxygen defects are extracted and gather at surface active sites. This improves the electronic coupling with CO2 and stabilizes intermediate. The study opens up new insights for exquisite electronic manipulation of oxygen defects.
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