Unlocking Enhanced Piezocatalytic CO2 Reduction on BaTiO3 via Cu Single Atoms within a Hydrophobic Metal−Organic Framework Shell

沸石咪唑盐骨架 材料科学 涂层 化学工程 催化作用 吸附 咪唑酯 壳体(结构) 纳米技术 合理设计 法拉第效率 Atom(片上系统) 工作(物理) 表面工程 还原(数学) 产量(工程) 钛酸钡 纳米笼 兴奋剂 钡 多相催化 双功能
作者
Jing Cao,Yoshifumi Kondo,Aoi Sasaki,Yeongjun Seo,Tomoyo Goto,Kohsuke Mori,Tohru Sekino
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (12): 11406-11417 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c02044
摘要

Abstract Piezocatalytic CO2 reduction provides a promising route for converting CO2 to value-added chemicals driven by ubiquitous mechanical energy. However, the efficiency of current piezocatalysts is limited by sluggish CO2 adsorption in water, scarce active sites, and inefficient charge-transfer pathways. Herein, we demonstrate that coating barium titanate (BaTiO3, BT) with a hydrophobic shell of a Cu single atom doped zeolitic imidazolate framework-8 (Cu-ZIF-8) facilitates piezocatalytic CO2 reduction. Optimized Cu-ZIF-8/BT exhibited a CO yield of 114 μmol·g−1·h−1, approximately five-fold higher than that observed for pristine BT (24 μmol·g−1·h−1). Comprehensive analyses revealed that the Cu-ZIF-8 coating on BT enhanced piezocatalytic CO2 reduction, which was due to the improved utilization of piezo-generated electrons, increased the interfacial availability of CO2, and activated CO2 by the hydrophobic CO2-enriching shell containing atomically dispersed redox-active Cu centers. This work highlights a rational interfacial engineering strategy for designing piezocatalysts, offering insights into improved CO2 conversion and the development of advanced piezocatalytic systems.
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