Strain-Induced Self-Assembly at Interface of Two-Dimensional Heterostructures Boosts CO2 Reduction to Methanol by H2O

材料科学 甲醇 异质结 催化作用 原子轨道 氧化还原 光催化 硫黄 共价键 吸附 化学工程 化学物理 光化学 物理化学 化学 光电子学 有机化学 电子 工程类 物理 冶金 量子力学
作者
Ming Cheng,Ning Cao,Zhi Wang,Ke Wang,Tiancheng Pu,Yukun Li,Tulai Sun,Xuanyu Yue,Wenkang Ni,Wenxin Dai,Yi He,Yao Shi,Peng Zhang,Yihan Zhu,Pengfei Xie
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (15): 10582-10595 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c00350
摘要

CO2 conversion with pure H2O into CH3OH and O2 driven by solar energy can supply fuels and life-essential substances for extraterrestrial exploration. However, the effective production of CH3OH is significantly challenging. Here we report an organozinc complex/MoS2 heterostructure linked by well-defined zinc-sulfur covalent bonds derived by the structural deformation and intensive coupling of dx2 - y2(Zn)-p(S) orbitals at the interface, resulting in distinctive charge transfer behaviors and excellent redox capabilities as revealed by experimental characterizations and first-principle calculations. The synthesis strategy is further generalized to more organometallic compounds, achieving various heterostructures for CO2 photoreduction. The optimal catalyst delivers a promising CH3OH yield of 2.57 mmol gcat-1 h-1 and selectivity of more than 99.5%. The reverse water gas shift mechanism is identified for methanol formation. Meanwhile, energy-unfavorable adsorption of methanol on MoS2, where the photogenerated holes accumulate, ensures the selective oxidation of water over methanol.
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