Erbium Single Atom Composite Photocatalysts for Reduction of CO2 under Visible Light: CO2 Molecular Activation and 4f Levels as an Electron Transport Bridge

光催化 异质结 材料科学 催化作用 可见光谱 复合数 Atom(片上系统) 光化学 电子转移 纳米技术 光电子学 化学 复合材料 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Zhendong Han,Yue Zhao,Guoyang Gao,Wanying Zhang,Yang Qu,Hongyang Zhu,Peifen Zhu,Guofeng Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (26) 被引量:49
标识
DOI:10.1002/smll.202102089
摘要

Abstract It is still challenging to design a stable and efficient catalyst for visible‐light CO 2 reduction. Here, Er 3+ single atom composite photocatalysts are successfully constructed based on both the special role of Er 3+ and the special advantages of Zn 2 GeO 4 /g‐C 3 N 4 heterojunction in the photocatalysis reduction of CO 2 . Especially, Zn 2 GeO 4 :Er 3+ /g‐C 3 N 4 obtained by in situ synthesis is not only more conducive to the tight junction of Zn 2 GeO 4 and g‐C 3 N 4 , but also more favorable for g‐C 3 N 4 to anchor rare‐earth atoms. Under visible‐light irradiation, Zn 2 GeO 4 :Er 3+ /g‐C 3 N 4 shows more than five times enhancement in the catalytic efficiency compared to that of pure g‐C 3 N 4 without any sacrificial agent in the photocatalytic reaction system. A series of theoretical and experimental results show that the charge density around Er, Ge, Zn, and O increases compared with Zn 2 GeO 4 :Er 3+ , while the charge density around C decreases compared with g‐C 3 N 4 . These results show that an efficient way of electron transfer is provided to promote charge separation, and the dual functions of CO 2 molecular activation of Er 3+ single atom and 4 f levels as electron transport bridge are fully exploited. The pattern of combining single‐atom catalysis and heterojunction opens up new methods for enhancing photocatalytic activity.
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