Cobalt Precursor Anion Engineering of CoO/Nb2O5 Photocatalysts for Selective CO2 Reduction to Liquid Fuels

选择性 催化作用 化学 X射线光电子能谱 甲醇 无机化学 光催化 离子 硝酸盐 乙醇 产品分销 氧化还原 表面工程 化学工程 费托法 核化学 电子效应 光化学 表面改性
作者
Vinícius M. F. Santos,Lucas Bonelli,Karolina Furukawa,Amanda S. Giroto,Maraísa Gonçalves,Fabiana Lesse,Juliana A. Torres,Cauê Ribeiro,André E. Nogueira
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:9 (17): 12068-12081
标识
DOI:10.1021/acsaem.6c02336
摘要

Abstract Modulating metal–support interactions is a relevant strategy for improving the efficiency of CO2 photoreduction. In this work, we investigated the effect of the cobalt precursor on the electronic structure and photocatalytic performance of CoO/Nb2O5 composites prepared from hydrated Nb2O5 modified with salts containing different anions (acetate, nitrate, and sulfate). The results indicate that the nature of the precursor influences the optical properties, oxidation states, and surface chemistry of the materials, reflecting differences in catalytic activity and selectivity. XPS analysis showed the predominant presence of Co2+ and, in the case of Nb/Co-S, the additional formation of Nb4+ species, indicating a modification of the material's electronic structure. The sulfate-derived material (Nb/Co-S) showed superior performance, achieving high yields of ethanol (55.2 μmol g−1) and methanol (49.7 μmol g−1), while pure Nb2O5-H exhibited high selectivity for CO (2163 μmol g−1). These results demonstrate a significant shift in selectivity from gaseous products to highly reduced liquids, an effect that is here linked directly to the anion-dependent formation of Nb4+ sites rather than to differences in cobalt loading, which remained comparable (∼10 wt %) across all composites. Furthermore, Nb/Co-S maintained its activity over three consecutive cycles, indicating good catalytic stability. In contrast, the material obtained from nitrate showed low activity for the formation of liquid products, underscoring that precursor anion choice, and not cobalt content alone, is the parameter governing product distribution in this system.
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