Bioinspired catalytic pocket promotes CO 2 -to-ethanol photoconversion on colloidal quantum wells

催化作用 光催化 吸附 纳米技术 化学 选择性 胶体 乙醇 材料科学 光化学 化学工程 有机化学 工程类
作者
Rongrong Pan,Qi Wang,Yan Zhao,Z. Y. Feng,Yanjun Xu,Zhuan Wang,Yapeng Li,Xiuming Zhang,Haoqing Zhang,Jia Liu,Xiang‐Kui Gu,Jiangwei Zhang,Yuxiang Weng,Jiatao Zhang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (47)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adq2791
摘要

Sluggish surface reaction is a critical factor that strongly governs the efficiency of photocatalytic solar fuel production, particularly in CO 2 -to-ethanol photoconversion. Here, inspired by the principles underlying enzyme catalytic proficiency and specificity, we report a biomimetic photocatalyst that affords superior CO 2 -to-ethanol photoreduction efficiency (5.5 millimoles gram −1 hour −1 in average with 98.2% selectivity) distinctly surpassing the state of the art. The key is to create a class of catalytic pocket, which contains spatially organized NH 2 …Cu-Se(-Zn) multiple functionalities at close range, over ZnSe colloidal quantum wells. Such structure offers a platform to mimic the concerted cooperation between the active site and surrounding secondary/outer coordination spheres in enzyme catalysis. This is manifested by the chemical adsorption and activation of CO 2 via a bent geometry, favorable stabilization toward a variety of important intermediates, promotion of multielectron/proton transfer processes, etc. These results highlight the potential of incorporating enzyme-like features into the design of photocatalysts to overcome the challenges in CO 2 reduction.
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