In-plane heterostructured Ag2S-In2S3 atomic layers enabling boosted CO2 photoreduction into CH4

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作者
Weiwei Shao,Shumin Wang,Juncheng Zhu,Xiaodong Li,Xingchen Jiao,Yang Pan,Yongfu Sun,Yi Xie
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:14 (12): 4520-4527 被引量:40
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3365-4
摘要

Sluggish separation and migration kinetics of the photogenerated carriers account for the low-efficiency of CO2 photoreduction into CH4. Design and construction two-dimensional (2D) in-plane heterostructures demonstrate to be an appealing approach to address above obstacles. Herein, we fabricate 2D in-plane heterostructured Ag2S-In2S3 atomic layers via an ion-exchange strategy. Photoluminescence spectra, time-resolved photoluminescence spectra, and photoelectrochemical measurements firmly affirm the optimized carrier dynamics of the In2S3 atomic layers after the introduction of in-plane heterostructure. In-situ Fourier transform infrared spectroscopy spectra and density functional theory (DFT) calculations disclose the in-plane heterostructure contributes to CO2 activation and modulates the adsorption strength of CO* intermediates to facilitate the formation of CHO* intermediates, which are further protonated to CH4. In consequence, the in-plane heterostructure achieves the CH4 evolution rate of 20 µmol·g−1·h−1, about 16.7 times higher than that of the In2S3 atomic layers. In short, this work proves construction of in-plane heterostructures as a promising method for obtaining high-efficiency CO2-to-CH4 photoconversion properties.
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