Bifunctional core–shell co-catalyst for boosting photocatalytic CO2 reduction to CH4

双功能 光催化 催化作用 选择性 吸附 化学工程 金属有机骨架 双功能催化剂 材料科学 化学 半导体 纳米技术 光化学 物理化学 有机化学 光电子学 工程类
作者
Fangxu Dai,Mingming Zhang,Jishu Han,Zhenjiang Li,Shouhua Feng,Jun Xing,Lei Wang
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:17 (3): 1259-1266 被引量:42
标识
DOI:10.1007/s12274-023-6107-y
摘要

Solar-light-driven CO2 reduction CO to CH4 and C2H6 is a complex process involving multiple elementary reactions and energy barriers. Therefore, achieving high CH4 activity and selectivity remains a significant challenge. Here, we integrate bifunctional Cu2O and Cu-MOF (MOF = metal-organic framework) core–shell co-catalysts (Cu2O@Cu-MOF) with semiconductor TiO2. Experiments and theoretical calculations demonstrate that Cu2O (Cu+ facilitates charge separation) and Cu-MOF (Cu2+ improves the CO2 adsorption and activation) in the core–shell structure have a synergistic effect on photocatalytic CO2 reduction, reducing the formation barrier of the key intermediate ⋆COOH and ⋆CHO. The photocatalyst exhibits high CH4 yield (366.0 µmol·g−1·h−1), efficient electron transfer (3283 µmol·g−1·h−1) and hydrocarbon selectivity (95.5%), which represents the highest activity of Cu-MOF-based catalysts in photocatalytic CO2 reduction reaction. This work provides a strategy for designing efficient photocatalysts from the perspective of precise regulation of components.
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