Disruption Symmetric Crystal Structure Favoring Photocatalytic CO2 Reduction: Reduced *COOH Formation Energy Barrier on Al Doped CuS/TiO2

材料科学 光催化 兴奋剂 晶体结构 还原(数学) Crystal(编程语言) 化学工程 光化学 结晶学 光电子学 催化作用 有机化学 化学 几何学 数学 计算机科学 程序设计语言 工程类
作者
Junyan Wang,Haoyu Zhang,Yao Nian,Yiqiang Chen,Haolin Cheng,Chen Yang,You Han,Xin Tan,Jinhua Ye,Tao Yu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:12
标识
DOI:10.1002/adfm.202406549
摘要

Abstract How to break the C═O bond and reduce the energy barrier of *COOH formation is the key to triggering the photocatalytic CO 2 reduction (PCR) reaction and subsequent proton‐electron processes, which is as important as overcoming high recombination rate of photocarriers. In order to solve this issue, the symmetric structure of CuS/TiO 2 is destroyed by S vacancy and Al doping (denoted as Al‐CuS/TiO 2 ), which significantly expands the electron localization range and promotes the cis‐coordination splitting of Cu 3 d orbits. The experimental results show that the CO yield selectivity of ≈90.68% and yield of ≈335.68 µmol·g −1 ·h −1 on Al‐CuS/TiO 2 . The redistribution of Cu electron states in specific d / s / p orbitals increases the adsorption of CO 2 and reduces the reaction energy barrier of *COOH intermediates, while effectively breaking the C═O bond. Doped Al atoms also serve as adsorption sites for H 2 O molecules, effectively interleaving the competition with photocatalytic CO 2 reduction at the Cu sites is effectively staggered. This study provides a new approach to reduce the energy barrier of *COOH formation and to accelerate the photocarrier migration by destroying local symmetry to adjust the crystal structure, which is important for further improving the activity and selectivity of PCR.
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