Selective Photoreduction of CO2 to CH4 Triggered by Metal-Vacancy Pair Sites

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作者
Jiacong Wu,Juncheng Zhu,W. C. Fan,Dongpo He,Qinyuan Hu,Shan Zhu,Wensheng Yan,Jun Hu,Junfa Zhu,Qingxia Chen,Xingchen Jiao,Yi Xie
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (2): 696-702 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04012
摘要

Selectively achieving the photoreduction of carbon dioxide (CO2) to methane (CH4) remains a significant challenge, which primarily arises from the complexity of the protonation process. In this work, we designed metal-vacancy pair sites in defective metal oxide semiconductors, which anchor the reactive intermediates with a bridged linkage for the selective protonation to produce CH4. As an example, oxygen-deficient Nb2O5 nanosheets are synthesized, in which the niobium–oxygen vacancy pair sites are demonstrated by X-ray photoelectron spectroscopy and electron paramagnetic resonance spectra. In situ Fourier transform infrared spectroscopy monitors the *CH3O intermediate, a key intermediate for CH4 production, during the CO2 photoreduction in oxygen-deficient Nb2O5 nanosheets. Importantly, the built metal-vacancy pair sites regulate the *CH3O formation step as a spontaneous process, making the reduction of CO2 to CH4 the preferred method. Therefore, the oxygen-deficient Nb2O5 nanosheets exhibit a CH4 formation rate of 19.14 μmol g–1 h–1, with an electron selectivity of ∼94.1%.
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