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S‐Scheme Co9S8@Cd0.8Zn0.2S‐DETA Hierarchical Nanocages Bearing Organic CO2 Activators for Photocatalytic Syngas Production

纳米笼 材料科学 光催化 X射线光电子能谱 漫反射红外傅里叶变换 异质结 电子顺磁共振 吸附 光化学 化学工程 物理化学 催化作用 光电子学 核磁共振 化学 有机化学 工程类 物理
作者
Bo Su,Mei Zheng,Wei Lin,Xue Feng Lu,Deyan Luan,Sibo Wang,Xiong Wen Lou
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (15) 被引量:282
标识
DOI:10.1002/aenm.202203290
摘要

Abstract Delicate modulations of CO 2 activation and charge carrier separation/migration are challenging, yet imperative to augment CO 2 photoreduction efficiency. Herein, by supporting diethylenetriamine (DETA)‐functionalized Cd 0.8 Zn 0.2 S nanowires on the exterior surface of hollow Co 9 S 8 polyhedrons, hierarchical Co 9 S 8 @Cd 0.8 Zn 0.2 S‐DETA nanocages are fabricated as an S‐scheme photocatalyst for reducing CO 2 and protons to produce syngas (CO and H 2 ). The amine groups strengthen adsorption and activation of CO 2 , while the “nanowire‐on‐nanocage” hierarchical hollow heterostructure with an S‐scheme interface boosts separation and transfer of photoinduced charges. Employing Co(bpy) 3 2+ as a cocatalyst, the optimal photocatalyst effectively produces CO and H 2 in rates of 70.6 and 18.6 µmol h −1 (i.e., 4673 and 1240 µmol g −1 h −1 ), respectively, affording an apparent quantum efficiency of 9.45% at 420 nm, which is the highest value under comparable conditions. Ultraviolet photoelectron spectroscopy, Kelvin probe, and electron spin resonance confirm the S‐schematic charge‐transfer process in the photocatalyst. The key COOH * species responsible for CO 2 ‐to‐CO reduction is detected by in‐situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy and endorsed by density functional theory calculations, and thus a possible CO 2 reduction mechanism is proposed.
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