Vacancy modulation on NiTi-layered double hydroxides towards highly selective CO2 photoreduction

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作者
C.W. Luo,Zeyang Li,Yuan Deng,Lei Wang,Enze Xu,Jianchi Zhou,Xin Zhang,Jiong Li,Xiaoyu Hu,Bin Wang,Yajie Dou,Yusen Yang,Min Wei
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:355: 124156-124156
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2024.124156
摘要

Photoreduction of carbon dioxide (CO2) is a promising way to achieve sustainable energy production and alleviate environmental problems. Herein, we report a NiTi-layered double hydroxides photocatalyst with bivalent and trivalent metal vacancies (denoted as NiVTiV-LDHs) via alkali-etching amphoteric metal cations (Zn and Al) from NiZnTiAl-LDHs precursor. The NiVTiV-LDHs attains a CH4 selectivity of 94% with a production rate of 2398 µmol g−1 h−1, which is preponderant to the state-of-the-art photocatalysts. Operando X-ray absorption fine structure (XAFS) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) characterizations combined with density functional theory (DFT) calculations corroborate that Ni2+δ−O(H)−Ti3+ζ sites modulated by adjacent vacancies exhibits a declined 3d-orbital occupancy, accelerating the charge transfer for boosting CH4 formation. Moreover, the unique adsorption configuration (Ni2+δ/Ti3+ζ−CO) not only stabilizes the key intermediate *CO for further protonation, but also induces a decreased energy barrier of the rate-determining step (hydrogenation of *OCH3), accounting for the robust photocatalytic CO2 reduction towards CH4.
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