Enriching surface-ordered defects on WO 3 for photocatalytic CO 2 -to-CH 4 conversion by water

光催化 催化作用 材料科学 结晶学 矿物学 化学工程 化学 有机化学 工程类
作者
Sikang Xue,Changgeng Wei,Min Shen,Xiaocong Liang,Jiali Wang,Can Yang,Wandong Xing,Sibo Wang,Wei Lin,Zhiyang Yu,Yidong Hou,Jimmy C. Yu,Xinchen Wang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (18) 被引量:9
标识
DOI:10.1073/pnas.2319751121
摘要

Defect engineering has been widely applied in semiconductors to improve photocatalytic properties by altering the surface structures. This study is about the transformation of inactive WO 3 nanosheets to a highly effective CO 2 -to-CH 4 conversion photocatalyst by introducing surface-ordered defects in abundance. The nonstoichiometric WO 3- x samples were examined by using aberration-corrected electron microscopy. Results unveil abundant surface-ordered terminations derived from the periodic {013} stacking faults with a defect density of 20.2%. The {002} surface-ordered line defects are the active sites for fixation CO 2 , transforming the inactive WO 3 nanosheets into a highly active catalyst (CH 4 : O 2 = 8.2: 16.7 μmol h −1 ). We believe that the formation of the W-O-C-W-O species is a critical step in the catalytic pathways. This work provides an atomic-level comprehension of the structural defects of catalysts for activating small molecules.
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