High-Entropy Oxides: A New Frontier in Photocatalytic CO2 Hydrogenation

材料科学 光催化 催化作用 选择性 格式化 氧化铈 氧化物 X射线光电子能谱 化学工程 无机化学 光化学 有机化学 化学 工程类 冶金
作者
Dalibor Tatar,Habib Ullah,Mohit Yadav,Jelena Kojčinović,Stjepan Šarić,Imre Szenti,Tina Skalar,Matjaž Finšgar,Mi Tian,Ákos Kukovecz,Zoltán Kónya,András Sápi,Igor Djerdj
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (23): 29946-29962 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.4c00478
摘要

Herein, we investigate the potential of nanostructured high-entropy oxides (HEOs) for photocatalytic CO2 hydrogenation, a process with significant implications for environmental sustainability and energy production. Several cerium-oxide-based rare-earth HEOs with fluorite structures were prepared for UV-light driven photocatalytic CO2 hydrogenation toward valuable fuels and petrochemical precursors. The cationic composition profoundly influences the selectivity and activity of the HEOs, where the Ce0.2Zr0.2La0.2Nd0.2Sm0.2O2−δ catalyst showed outstanding CO2 activation (14.4 molCO kgcat–1 h–1 and 1.27 molCH3OH kgcat–1 h–1) and high methanol and CO selectivity (7.84% CH3OH and 89.26% CO) under ambient conditions with 4 times better performance in comparison to pristine CeO2. Systematic tests showed the effect of a high-entropy system compared to midentropy oxides. XPS, in situ DRIFTS, as well as DFT calculation elucidate the synergistic impact of Ce, Zr, La, Nd, and Sm, resulting in an optimal Ce3+/Ce4+ ratio. The observed formate-routed mechanism and a surface with high affinity to CO2 reduction offer insights into the photocatalytic enhancement. While our findings lay a solid foundation, further research is needed to optimize these catalysts and expand their applications.
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