Nitrogen vacancy-induced spin polarization of ultrathin zinc porphyrin nanosheets for efficient photocatalytic CO2 reduction

光催化 卟啉 光化学 空位缺陷 材料科学 选择性 氮气 密度泛函理论 催化作用 化学 计算化学 有机化学 结晶学 冶金
作者
Zhenxing Jin,Jun Zhang,Jiyu Qiu,Yuxuan Hu,Tingmin Di,Tielin Wang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:652: 122-131 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.08.025
摘要

Metalloporphyrin compounds have excellent electron transfer and visible light absorption ability, demonstrating broad application prospects in the field of photocatalysis. In this work, the nitrogen vacancies (NVs) were successfully introduced into zinc porphyrin (ZnTCPP) ultrathin nanosheets through surface N2 plasma treatment, which is environmentally friendly and can react in low temperatures. Furthermore, the prepared nitrogen vacancies-zinc porphyrin (NVs-ZnTCPP) materials exhibited excellent photocatalytic CO2 reduction activity and selectivity, specifically, the CO production rate of ZnTCPP-1 (N2 plasma treatment, 1 min) achieved as high as 12.5 µmol g-1h-1, which is about 2.7 times greater than that of untreated ZnTCPP. Based on the experimental and density functional theory calculation (DFT) results, it is found that the promoted photocatalytic performance of NVs-ZnTCPP could be mainly attributed to nitrogen vacancy-induced spin polarization by reducing the reaction barriers and inhibiting the recombination of photoexcited carriers. This work provides a new perspective for the construction of vacancy-based metalloporphyrin, and further explores the intrinsic mechanism between the electron spin property and the performance of the photocatalyst.

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