Nitrogen‐Bridged S−N−Cu Sites for CO2 Photoreduction to Ethanol with 99.5 % Selectivity in Pure Water

选择性 乙醇 吸附 氮气 化学 光化学 乙烯 氮化物 键裂 光催化 无机化学 催化作用 有机化学 物理化学 图层(电子)
作者
Weilin Li,Zheyang Liu,Baker Rhimi,Min Zhou,Jing Li,Kaiqi Nie,Binhang Yan,Zhifeng Jiang,Weidong Shi,Yujie Xiong
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (13): e202423859-e202423859 被引量:60
标识
DOI:10.1002/anie.202423859
摘要

Solar-driven CO2 reduction to ethanol is extremely challenging due to the limited efficiency of charge separation, sluggish kinetics of C-C coupling, and unfavorable formation of oxygenate intermediates. Here, we elaborately design a red polymer carbon nitride (RPCN) consisting of S-N and Cu-N4 dual active sites (Cu/S-RPCN) to address this challenge, which achieves an impressive ethanol evolution rate of 50.4 μmol g-1 h-1 with 99.5 % selectivity for CO2 photoreduction in pure water. Cu and S atoms within the Cu-N-S configuration can serve as trapping centers for electrons and holes, respectively, providing spatial separation for photogenerated charge carriers. The incorporation of S atoms optimizes the adsorption of *CO on Cu atoms and reduces the energy barrier for the formation of *CO-COH intermediate. The adsorption strength of *OCHCH2OH intermediate on the Cu atoms via the O-Cu-C configuration can affect the selectivity of the C2 products as the cleavage of the Cu-O/Cu-C bonds determines the ethanol/ethylene pathway. The S-N-Cu structure weakens the Cu-O bond, thereby promoting the production of ethanol. This work provides a novel approach to fine-tune the surrounding microenvironment of metal atoms on carbon nitride for highly effective photocatalytic conversion of CO2 to ethanol.
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