Enhancing photocatalytic H2O2 production with Au co-catalysts through electronic structure modification

反键分子轨道 催化作用 吸附 X射线光电子能谱 光催化 电子结构 密度泛函理论 材料科学 化学工程 纳米技术 光化学 化学 电子 物理化学 计算化学 有机化学 原子轨道 工程类 物理 量子力学
作者
Xidong Zhang,Duoduo Gao,Bicheng Zhu,Bei Cheng,Jiaguo Yu,Huogen Yu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 3212-3212 被引量:291
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47624-7
摘要

Abstract Gold-based co-catalysts are a promising class of materials with potential applications in photocatalytic H 2 O 2 production. However, current approaches with Au co-catalysts show limited H 2 O 2 production due to intrinsically weak O 2 adsorption at the Au site. We report an approach to strengthen O 2 adsorption at Au sites, and to improve H 2 O 2 production, through the formation of electron-deficient Au δ+ sites by modifying the electronic structure. In this case, we report the synthesis of TiO 2 /MoS x -Au, following selective deposition of Au onto a MoS x surface which is then further anchored onto TiO 2 . We further show that the catalyst achieves a significantly increased H 2 O 2 production rate of 30.44 mmol g −1 h −1 in O 2 -saturated solution containing ethanol. Density functional theory calculations and X-ray photoelectron spectroscopy analysis reveal that the MoS x mediator induces the formation of electron-deficient Au δ+ sites thereby decreasing the antibonding-orbital occupancy of Au-O ads and subsequently enhancing O 2 adsorption. This strategy may be useful for rationally designing the electronic structure of catalyst surfaces to facilitate artificial photosynthesis.
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