Hydrogenated Blue Titania for Efficient Solar to Chemical Conversions: Preparation, Characterization, and Reaction Mechanism of CO2 Reduction

光催化 无定形固体 催化作用 傅里叶变换红外光谱 化学 吸附 化学工程 漫反射红外傅里叶变换 材料科学 选择性 光化学 无机化学 物理化学 有机化学 结晶学 工程类
作者
Geping Yin,Xieyi Huang,Tianyuan Chen,Wei Zhao,Qingyuan Bi,Feng Xu,Yi‐Fan Han,Fuqiang Huang
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:8 (2): 1009-1017 被引量:204
标识
DOI:10.1021/acscatal.7b03473
摘要

Here we report a facile low-temperature solvothermal method by using Li-dissolved ethanediamine to prepare uniform hydrogenated blue H-TiO2–x with wide spectrum response. H-TiO2–x possesses a distinct crystalline core–amorphous shell structure (TiO2@TiO2–x) with numerous oxygen vacancies and doped H in the amorphous shell. Efficient solar to chemical energy conversions, likely photocatalytic reduction of CO2, degradation of contaminants, and H2 generation from water splitting can be achieved over this blue titania. Notably, the optimized H-TiO2–x(200) shows high activity of CH4 formation at a rate of 16.2 μmol g–1 h–1 and a selectivity of 79% under full solar irradiation. The kinetic isotope effects measurements reveal that the cleavage of the C═O bond from CO2 rather than the O–H bond from H2O is the rate-determining step in CH4 formation. Meanwhile, in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy shows the existence of the key intermediate CO2– species. The formation of intermediate CO2– indicates that the defective surface of H-TiO2–x can efficiently accelerate the adsorption and chemical activation of the extremely stable CO2 molecule, which makes the single-electron reduction of CO2 to CO2– easier.
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