Cu Nanocluster-Loaded TiO2 Nanosheets for Highly Efficient Generation of CO-Free Hydrogen by Selective Photocatalytic Dehydrogenation of Methanol to Formaldehyde

脱氢 纳米团簇 材料科学 光催化 催化作用 甲醇 吸附 化学工程 氢气储存 纳米技术 光化学 甲醛 无机化学 物理化学 有机化学 复合材料 化学 合金 工程类
作者
Fengyang Yu,Liyong Chen,Xuezhao Li,Xiaoshuang Shen,He Zhao,Chunying Duan,Qianwang Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (16): 18619-18626 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acsami.0c20116
摘要

Safe storage and transportation of H2 is a fundamental requirement for its wide applications in the future. Controllable release of high-purity H2 from a stable storage medium such as CH3OH before use offers an efficient way of achieving this purpose. In our case, Cu nanoclusters uniformly dispersed onto (001) surfaces of TiO2 nanosheets (TiO2/Cu) are selectively prepared by thermal treatment of HKUST-1 loaded TiO2 nanosheets. One of the TiO2/Cu composites, TiO2/Cu_50, exhibits remarkably high activity toward the selective dehydrogenation of CH3OH to HCHO with a H2 evolution rate of 17.8 mmol h–1 per gram of catalyst within a 16-h photocatalytic reaction (quantum efficiency at 365 nm: 16.4%). Theoretical calculations reveal that interactions of Cu nanoclusters with TiO2 could affect their electronic structures, leading to higher adsorption energy of CH3OH at Ti sites and a lower barrier for the dehydrogenation of CH3OH by the synergistic effect of Cu nanoclusters and TiO2, and lower Gibbs free energy for desorption HCHO and H2 as well.

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