Synergy mechanism of confined effect and Z-scheme electron transfer in core–shell structure photocatalyst for boosting photoreduction CO2 activity

光催化 电子转移 异质结 石墨氮化碳 壳体(结构) 多孔性 吸附 化学 光化学 材料科学 化学工程 纳米技术 工程类 光电子学 物理化学 复合材料 有机化学 催化作用
作者
Ziyi Li,Jia Xiong,Yufei Huang,Yangqiang Huang,Geoffrey I. N. Waterhouse,Ziyun Wang,Yu Mao,Zhiwu Liang,Xiao Luo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:486: 150304-150304 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150304
摘要

Core-shell structure photocatalysts are favored due to their confinement effect that enhances photoreaction efficiency, but their synergistic effect with heterojunctions is frequently overlooked. Herein, we synthesized a porous core–shell photocatalyst TiO2 nanoparticles@graphitic carbon nitride (labeled as TNPs@CN) from self-assembled supramolecular precursors for high-efficient photocatalytic CO2 reduction. The porosity facilitates CO2 transport and adsorption, while Z-scheme on the core–shell interface enhances electron transfer. Both in situ experimental and theoretical calculations have proved the Z-scheme heterojunction of TNPs@CN with a high photoreduction CO2 rate of 26.89 and 8.91 μmol g−1h−1 for CO and CH4, respectively, which are far higher than those of amorphous TNPs-CN. A 13CO2 labeled isotopic experiment and in situ FT-IR results laid the foundation for the mechanism of CO2 photoreduction, which was then investigated in-depth by calculating free energy profile. This work provides valuable insights for designing high-performance photocatalysts that leverage the synergistic effect of core–shell structure and Z-scheme electron transfer for artificial photosynthesis.
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