ピエゾ恐怖症触媒CO2還元とH2O酸化の改善のための強誘電性ナノプレート上の空間的に分離された酸化還元コタリスト

触媒CO2還元とH2O酸化のために太陽および機械的振動エネルギーを利用することは、再生可能エネルギーを同時に生成し、気候変動を緩和する有望な方法として浮上し、2つのエネルギー資源を人工ピエゾホトシンセシスの反応システムに統合することを可能にします。ただし、実用的な用途は、望ましくない電荷組換えと光触媒および圧電プロセスの表面反応の鈍化によって妨げられています。この研究では、これらの障害を克服し、全体的な酸化還元反応における強誘電体の圧電性触媒性能を改善するための二重のコタリスト戦略を提案しています。PBTIO3ナノプレートの反対に磨かれたファセット上のAUCU還元とMNOX酸化コタリストの光沈着により、バンド曲げは、半導体膜界界の組み込み型フィールドとともに、半導体電界、ピエゾレクトレクリオフィールドとともに、半導体カタリスト界面に組み込まれた電界の形成とともに発生します。、およびPBTIO3の大部分で傾斜しているバンドは、それぞれAUCUとMNOXに向かってピエゾおよび光発生した電子と穴の方向ドリフトの強力な駆動力を提供します。その上、AUCUとMNOXは表面反応のために活性部位を濃縮し、それぞれCO2からCOおよびH2OからO2への変換の速度決定障壁を大幅に減少させます。これらの機能の恩恵を受けて、AUCU/PBTIO3/MNOXは、COおよびO2生成における電荷分離効率を著しく改善し、ピエゾホトタクタリティの活性を大幅に向上させます。この戦略は、CO2とH2Oの変換を促進するために、光触媒とピエゾ触媒のより良い結合のための扉を開きます。

Utilizing solar and mechanical vibration energy for catalytic CO2 reduction and H2O oxidation is emerging as a promising way to simultaneously generate renewable energy and mitigate climate change, making it possible to integrate two energy resources into a reaction system for artificial piezophotosynthesis. However, the practical applications are hindered by undesirable charge recombination and sluggish surface reaction in the photocatalytic and piezocatalytic processes. This study proposes a dual cocatalyst strategy to overcome these obstacles and improve the piezophotocatalytic performance of ferroelectrics in overall redox reactions. With the photodeposition of AuCu reduction and MnOx oxidation cocatalysts on oppositely poled facets of PbTiO3 nanoplates, band bending occurs along with the formation of built-in electric fields on the semiconductor-cocatalyst interfaces, which, together with an intrinsic ferroelectric field, piezoelectric polarization field, and band tilting in the bulk of PbTiO3, provide strong driving forces for the directional drift of piezo- and photogenerated electrons and holes toward AuCu and MnOx, respectively. Besides, AuCu and MnOx enrich the active sites for surface reactions, significantly reducing the rate-determining barrier for CO2-to-CO and H2O-to-O2 transformation, respectively. Benefiting from these features, AuCu/PbTiO3/MnOx delivers remarkably improved charge separation efficiencies and significantly enhanced piezophotocatalytic activities in CO and O2 generation. This strategy opens a door for the better coupling of photocatalysis and piezocatalysis to promote the conversion of CO2 with H2O.