Embedding Plasmonic Metal into Heterointerface of MOFs‐Encapsulated Semiconductor Hollow Architecture for Boosting CO2 Photoreduction

半导体 光催化 材料科学 等离子体子 纳米技术 电子转移 吸附 分子 光电效应 人工光合作用 能量转换 光电子学 光化学 化学 催化作用 热力学 生物化学 物理 有机化学
作者
Weihao Mo,Zhixin Fan,Shuxian Zhong,Wenbin Chen,Lingxuan Hu,Hao Zhou,Wei Zhao,Hongjun Lin,Jing Ge,Jianrong Chen,Song Bai
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (17) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/smll.202207705
摘要

Coupling hollow semiconductor with metal-organic frameworks (MOFs) holds great promise for constructing high-efficient CO2 photoreduction systems. However, energy band mismatch between them makes it difficult to exert their advantages to maximize the overall photocatalytic efficiency, since that the blockage of desirable interfacial charge transfer gives rise to the enrichment of photoelectrons and CO2 molecules on the different locations. Herein, an interfacial engineering is presented to overcome this impediment, based on the insertion of plasmonic metal into the heterointerfaces between them, forming a stacked semiconductor/metal@MOF photocatalyst. Experimental observations and theoretical simulations validate the critical roles of embedded Au in maneuvering the charge separation/transfer and surface reaction: (i) bridges the photoelectron transfer from hollow CdS (H-CdS) to ZIF-8; (ii) produces hot electrons and shifts them to ZIF-8; (iii) induces the formation of ZIF-8 defects in promoting the CO2 adsorption/activation and transformation to CO with low energy barriers. Consequently, the as-prepared H-CdS/Au@ZIF-8 with optimal ZIF-8 thickness exhibits distinctly boosted activity and superb selectivity in CO production as compared with H-CdS@ZIF-8 and other counterparts. This work provides protocols to take full advantages of components involved for enhanced solar-to-chemical energy conversion efficiency of hybrid artificial photosynthetic systems through rationally harnessing the charge transfer between them.

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