Surface selenation engineering on metal cocatalysts for highly efficient photoreduction of carbon dioxide to methanol

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作者
Wenbin Chen,Shijie Wu,Liyan Xie,Yujie Wu,Yanwen Ye,Huigang Wang,Zhulei Chen,Hongjun Lin,Leihong Zhao,Song Bai
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:464: 142612-142612 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142612
摘要

Solar-driven reduction of CO2 and H2O to methanol is highly desirable owing to multiple advantages of green and renewable liquid fuels, whose efficiency and selectivity are restricted by sluggish charge kinetics and unfavorable surface reaction dynamics in conversional semiconductor photocatalysts. This study proposes a surface selenation strategy on metal cocatalysts to improve the photocatalytic performance in CO2-to-CH3OH conversion. Electron microscopy observation shows the formation of a stacked structure with crystalline Rh core sandwiched between semiconductor substrate and amorphous selenated Rh (RhSe) shell after the treatment. The combination of experimental characterizations with theoretical simulations reveals that Rh core smoothens the migration of photoelectrons from light-harvesting semiconductor to RhSe shell, while the selenation of Rh shell not only reduces the rate-limiting barriers required for CH3OH production, but also inhibits the occurrence of side H2 evolution. Enabled by such a design, significantly enhanced photocatalytic activities (41.2 μmol gcat-1 h-1) and selectivties (91.2%) in CH3OH generation are achieved by the Rh@RhSe semi-core-shell cocatalysts, 12.7 and 6.4 times as high as that of pristine Rh, respectively. Moreover, the generalized strategy can be extended to other metal cocatalysts for improved CO2-to-CH3OH transformation, which opens a new avenue for powering the future with liquid sunshine.
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