Cascaded *CO−*COH Intermediates on a Nonmetallic Plasmonic Photocatalyst for CO2‐to‐C2H6 with 90.6 % Selectivity

选择性 光化学 等离子体子 X射线光电子能谱 光催化 化学 吸附 密度泛函理论 解吸 材料科学 物理化学 催化作用 光电子学 计算化学 物理 有机化学 核磁共振
作者
Liteng Ren,Xiaonan Yang,Xin Sun,Yuling Wang,Huiquan Li,Yupeng Yuan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (30) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202404660
摘要

Abstract Oxygen vacancies (O V ) in nonmetallic plasmonic photocatalysts can decrease the energy barrier for CO 2 reduction, boosting C1 intermediate production for potential C 2 formation. However, their susceptibility to oxidation weakens C1 intermediate adsorption. Herein we proposed a “photoelectron injection” strategy to safeguard O V in W 18 O 49 by creating a W 18 O 49 /ZIS (W/Z) plasmonic photocatalyst. Moreover, photoelectrons contribute to the local multi‐electron environment of W 18 O 49 , enhancing the intrinsic excitation of its hot electrons with extended lifetimes, as confirmed by in situ XPS and femtosecond transient absorption analysis. Density functional theory calculations revealed that W/Z with O V enhances CO 2 adsorption, activating *CO production, while reducing the energy barrier for *COH production (0.054 eV) and subsequent *CO−*COH coupling (0.574 eV). Successive hydrogenation revealed that the free energy for *CH 2 CH 2 hydrogenation (0.108 eV) was lower than that for *CH 2 CH 2 desorption for C 2 H 4 production (0.277 eV), favouring C 2 H 6 production. Consequently, W/Z achieves an efficient C 2 H 6 activity of 653.6 μmol g −1 h −1 under visible light, with an exceptionally high selectivity of 90.6 %. This work offers a new strategy for the rational design of plasmonic photocatalysts with high selectivity for C 2+ products.
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