Strong Interaction between Two-Unit-Cell Heterostructure Layers Realigns Defect Energy Level for Methanol Photosynthesis

异质结 甲醇 光催化 材料科学 光化学 辐照 产量(工程) 带隙 化学 光电子学 催化作用 物理 有机化学 核物理学 冶金
作者
Ming Cheng,Ke Wang,Ning Cao,Ying Bao,Mi Yan,Zhenglong Li,Yao Shi,Yi He,Pengfei Xie
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (25): 23345-23358 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c06341
摘要

The photocatalytic conversions of CO2 and H2O offer a sustainable approach to provide methanol as a fuel and life-essential O2. However, the reaction efficiency is challenged by charge recombination and sluggish reaction kinetics. This work synthesizes single-unit-cell MoS2-x and organomanganese complex (MnBO) layers. The strong interaction between MoS2-x and MnBO gives rise to an atomic-layered heterostructure (MnBO/MoS2-x) with substantial electron transfer through the Mn-S bindings at the interface. This heterostructure achieves a methanol yield of 1.48 mmol g-1 h-1 with a selectivity of 99.7% at 50 °C and 0.1 MPa. The analysis reveals that the electron arrangement modulates the defect level in the band of MnBO/MoS2-x and obtains polarized electrons at high potential, which not only enhances the lifetime of photogenerated charges but also reduces the barriers of CO2 activation and hydrogenation of *CHO toward methanol. Moreover, outdoor solar-driven measurements with a homemade panel reactor demonstrate a methanol production rate of 143.2 mmol m-2 per day and a solar-to-methanol efficiency of 0.76% under ∼0.4 sunlight irradiation without secondary energy input.
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