Photo-Switchable Oxygen Vacancy as the Dynamic Active Site in the Photocatalytic NO Oxidation Reaction

光催化 催化作用 光化学 电子顺磁共振 活动站点 氧气 反应中间体 分子 电子转移 材料科学 活性氧 化学 空位缺陷 化学物理 有机化学 结晶学 核磁共振 物理
作者
Qin Ren,Ye He,Hong Wang,Yanjuan Sun,Fan Dong
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:12 (22): 14015-14025 被引量:81
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c03353
摘要

Identifying the dynamic structural changes of the active sites in a catalytic reaction under realistic working conditions is a great challenge. In this work, we demonstrate that in situ electron paramagnetic resonance (EPR) technology is an important technique for the electronic-level recognition of the dynamic evolution of active sites over a defective BiOCl catalyst during the gas–solid photocatalytic reaction. The formation and recovery of photoexcited oxygen vacancies (PE-OVs) with or without UV light irradiation are experimentally verified, and these vacancies can be defined as photoswitchable OVs. The photoexcited dynamic OVs could function as genuine active sites to activate the O2 molecules via directional single-electron transfer from px or pz of Bi 6p to π2py* of the O2 molecules. In situ FT-IR spectra elucidate that the dynamic PE-OVs were available to promote the conversion of reaction intermediates to the final product. Thus, PE-OVs are identified as dynamic active sites for photocatalysis reactions, challenging the common view of the static OVs as active sites. This work provides an innovative concept of dynamic defects as real active sites for catalysis reactions.
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