CuO岛屿在二维N-TiO2基底上的原位S型异质结构，其中包含动态的Cu2+/Cu+活性位点，用于实现选择性CO2到C2H4的光还原反应

《Journal of Energy Chemistry》：In situ S-scheme heterojunction of CuO islands on 2D N-TiO2 with dynamic Cu2+/Cu+ sites for selective CO2-to-C2H4 photoreduction

　　

邢阳·吴 | 余翠·向 | 李勇·甘 | 怀军·王 | 中凯·郝 | 郭琴·徐 | 约翰·洪·凯·叶普

摘要

在水中条件下，选择性地将二氧化碳（CO₂）转化为碳二氢化合物（C₂）是实现碳中和的一条有前景的途径。然而，由于C–C键的形成过程本身较为缓慢，需要持续的电子流来生成相关的中间体，因此在水中的C₂选择性受到严重限制。这种电子流很容易被竞争性的氢气生成反应和载流子快速复合所消耗。在这里，我们采用一锅法溶热合成技术，在二维（2D）N-TiO₂基底上构建了CuO岛的原位异质结（CuO/N-TiO₂）。化学锚定的CuO岛在2D N-TiO₂纳米片上形成了一个紧凑且连贯的界面，促进了界面间的电荷转移。与体外组装的异质结相比，原位异质结表现出更高效的电荷分离效果。原位表征和理论计算表明，动态循环的Cu²⁺/Cu⁺位点有利于C₂H₄的生成：Cu⁺位点更有利于*CO*的保留，而Cu²⁺位点则更有利于后续的不对称*CO–*CHO偶联步骤。因此，所制备的催化剂在4小时内可产生17.5 μmol g^?1的乙烯，选择性达到94.6%，并且具有优异的循环稳定性。这项工作建立了一种基于2D纳米片上锚定氧化物岛的原位异质结，该异质结将电荷管理与动态活性位点相结合，实现了水中的选择性CO₂到C₂H₄的光还原反应。