Gradient Cationic Vacancies Enabling Inner‐To‐Outer Tandem Homojunctions: Strong Local Internal Electric Field and Reformed Basic Sites Boosting CO2 Photoreduction

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作者
Yinghui Wang,Jingcong Hu,Teng Ge,Fang Chen,Yue Lu,Runhua Chen,Hongjun Zhang,Bangjiao Ye,Shengyao Wang,Yihe Zhang,Tianyi Ma,Hongwei Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (31): e2302538-e2302538 被引量:124
标识
DOI:10.1002/adma.202302538
摘要

The slow charge dynamics and large activation energy of CO2 severely hinder the efficiency of CO2 photoreduction. Defect engineering is a well-established strategy, while the function of common zero-dimensional defects is always restricted to promoting surface adsorption. In this work, a gradient layer of tungsten vacancies with a thickness of 3-4 nm is created across Bi2 WO6 nanosheets. This gradient layer enables the formation of an inner-to-outer tandem homojunction with an internal electric field, which provides a strong driving force for the migration of photoelectrons from the bulk to the surface. Meanwhile, W vacancies change the coordination environment around O and W atoms, leading to an alteration in the basic sites and the mode of CO2 adsorption from weak/strong adsorption to moderate adsorption, which ultimately decreases the formation barrier of the key intermediate *COOH and facilitates the conversion thermodynamics for CO2 . Without any cocatalyst and sacrificial reagent, W-vacant Bi2 WO6 shows an outstanding photocatalytic CO2 reduction performance with a CO production rate of 30.62 µmol g-1 h-1 , being one of the best catalysts in similar reaction systems. This study reveals that gradient vacancies as a new type of defect will show huge potential in regulating charge dynamics and catalytic reaction thermodynamics.
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