Utilizing Er-doped ZnIn2S4 for efficient photocatalytic CO2 conversion

光催化 兴奋剂 材料科学 选择性 吸收(声学) 带隙 催化作用 甲烷 热液循环 纳米技术 能量转换效率 吸附 化学工程 光化学 光电子学 化学 物理化学 有机化学 复合材料 工程类
作者
Fanghe Zhou,Yonglin Zhang,Jiang Wu,Yang Wu,Xu Fang,Tao Jia,Yang Ling,Ping He,Qizhen Liu,Jia Horng Lin
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:341: 123347-123347 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123347
摘要

In the quest for effective photocatalysts for CO2 reduction, catalysts doped with rare-earth elements have garnered considerable attention due to their unique electronic structures and energy levels, which enable enhanced light absorption and charge transfer capabilities. In this study, we synthesized erbium-doped ZnIn2S4 using a hydrothermal method. Compared with pure ZnIn2S4, the erbium-doped variant displayed a significant boost in photocatalytic performance, improving the efficiency of CO2 reduction to methane by 256 times, with a selectivity exceeding 90 % towards methane. Through DFT analysis, we found that the doping of erbium introduced new energy levels into ZnIn2S4, effectively narrowing the band gap and thereby enhancing light absorption efficiency. Furthermore, our research revealed that erbium-doped ZnIn2S4 introduces a uniquely distinct reaction pathway for CO2 reduction compared to pure ZnIn2S4, significantly reducing the reaction barrier. Moreover, it enhances the adsorption of the key intermediate, *CHO and *CH2O, steering the reaction pathway towards the production of CH4. These findings not only offer valuable insights for the development of efficient and selective photocatalysts but also pave new avenues for research into CO2 conversion.
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