Porphyrin Supramolecular Nanoassembly/C3N4 Nanosheet S-Scheme Heterojunctions for Selective Photocatalytic CO2 Reduction toward CO

材料科学 光催化 纳米片 异质结 超分子化学 卟啉 还原(数学) 光化学 催化作用 纳米技术 光电子学 晶体结构 结晶学 化学 生物化学 几何学 数学
作者
Zhenzhen Jia,Yuting Xiao,Shien Guo,Liangliang Xiong,Peng Yu,Tianyu Lu,Ren‐Jie Song
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (40): 47070-47080 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsami.3c10503
摘要

The photocatalytic reduction of CO2 with H2O into valuable chemicals is a sustainable carbon-neutral technology for renewable energy; however, the photocatalytic activity and product selectivity remain challenging. Herein, an S-scheme heterojunction photocatalyst with superior CO2 photoreduction performance─porous C3N4 (CN) nanosheets anchored with zinc(II) tetra(4-cyanophenyl)porphyrin (ZnTP) nanoassemblies (denoted as ZnTP/CN)─was designed and prepared via a simple self-assembly process. The constructed ZnTP/CN heterojunction had rich accessible active sites, improved CO2 absorption capacity, and high charge carrier separation efficiency caused by the S-scheme heterojunction. As a result, the obtained ZnTP/CN catalyst exhibited considerable activity for photocatalytic CO2 reduction, yielding CO with a generation rate of 19.4 μmol g-1·h-1 and a high selectivity of 95.8%, which is much higher than that of pristine CN nanosheets (4.53 μmol g-1·h-1, 57.4%). In addition, theoretical calculations and in situ Fourier transform infrared spectra demonstrated that the Zn sites in the porphyrin unit favor CO2 activation and *COOH formation as well as CO desorption, thereby affording a high CO selectivity. This work provides insight into the design and fabrication of efficient S-scheme heterostructure photocatalysts for solar energy storage.
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