Reverse Electron Transfer-Induced SnS2 Phase Transition for Efficient Photocatalytic CO2–C2H6 Conversion

光催化 材料科学 催化作用 异质结 带隙 纳米颗粒 载流子 过渡金属 相(物质) 电子转移 光化学 纳米技术 光电子学 化学 有机化学 生物化学
作者
Qifan Wu,Yaqi Liu,Yichen Liu,Zuozheng Xu,Guicheng Luo,Guangqing Liu,Yun Shan,Shuyi Wu,Lizhe Liu,Zhimin Liu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (1): 232-240
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c06819
摘要

Two-dimensional metal sulfides such as SnS2 play a pivotal role in the field of environmental energy due to their suitable optical bandgap and high specific surface area. However, the steady-state 2H-phase SnS2 suffers from rapid charge recombination and low CO2 catalytic activity, limiting its practical application in photocatalytic CO2 reduction. In this work, we designed a CuPd/SnS2 heterojunction system by loading CuPd nanoparticles onto SnS2 nanosheets (NSs). Under illumination, the hot electrons excited in CuPd nanoparticles induce a 2H-1T-phase transition of SnS2, effectively improving the photogenerated carrier dynamics of the material. Additionally, the post-transition energy level structure facilitates more efficient injection of photogenerated electrons into highly catalytic CuPd particles, achieving the goal of photocatalytic reduction of CO2 to C2H6. Resultingly, the CuPd/SnS2 photocatalytic system achieves a C2H6 production rate of 255.6 μmol g–1 h–1, which is approximately 24.4 times and 3.9 times higher than that of Cu/SnS2 and Pd/SnS2, respectively. Moreover, it boasts a remarkable product selectivity of up to 90.4% for C2H6. This study provides a valuable approach for modulating photogenerated carrier dynamics and enhancing catalytic activity in two-dimensional metal sulfides.
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