毕迎普Angew.：烧绿石Bi2Sn2O7负载亚纳米Bi簇实现CO2光还原！|催化剂|化学|团簇|毕迎普|纳米|绿石

研究内容

开发用于将二氧化碳(CO 2 )与水(H 2 O)转化为化学燃料的高效光催化剂对能源可持续性和碳资源利用具有重要意义。

中国科学院兰州化学物理研究所毕迎普展示了一种简单的水热方法，在烧绿石Bi 2 Sn 2 O 7 框架中原位构建亚纳米双金属团簇(Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 )，从而在不存在牺牲试剂的情况下显著提高了CO 2 还原为CO的光催化性能。与原始Bi 2 Sn 2 O 7 (5.7 µmol•g -1 •h -1 )相比，Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 实现了114.1 µmol•g -1 •h -1 的卓越CO释放活性，提高了20多倍。相关工作以“ Subnanometric Bismuth Clusters Confined in Pyrochlore-Bi 2 Sn 2 O 7 Enable Remarkable CO 2 Photoreduction ”为题发表在国际著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上。

研究要点

要点1. 作者展示了一种简单的调制方法，在Bi 2 Sn 2 O 7 中原位构建空间受限的亚纳米Bi金属团簇，实现显著增强的太阳能光催化CO 2 还原。

要点2. 这种空间受限的Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 光催化剂的CO生产率高达114.1 µmol•g -1 •h -1 ，比Bi 2 Sn 2 O 7 (5.7 µmol•g -1 •h -1 )高出20多倍。

要点3. 详细的实验和现场表征表明，空间受限的Bi团簇不仅可以显著促进电荷分离/电子富集，还可以为CO 2 分子的吸附/活化提供催化活性位点。这提供了高效的反应通道来促进*COOH中间体的产生以及随后*CO的解吸以形成CO。

该研究为在光催化剂中合理构建空间受限的金属团簇应该是有效提高CO 2 还原活性的有前途的策略。

研究图文

图1.（A）烧绿石Bi 2 Sn 2 O 7 中受限的Bi簇的示意图；（B）Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 的TEM、（C，D）HR-TEM和（E）元素图像；（F）原始Bi 2 Sn 2 O 7 和Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 的XRD；（G）原始Bi 2 Sn 2 O 7 和Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 的UV-vis漫反射光谱(插图：限制在Sn-O网络中的Bi团簇的示意图)。

图2.（A）制备的光催化剂的光催化CO 2 活性；（B）Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 的循环试验；（C）Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 的 13 CO 2 光还原产物的质谱(插图：GC信号)；（D）Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 的CO析出活性的波长依赖性；原始Bi 2 Sn 2 O 7 和Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 的（E）i-t曲线和（F）电化学阻抗谱(EIS)。

图3.（A）PL光谱；（B）时间分辨瞬态PL谱；原始Bi 2 Sn 2 O 7 和Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 的（C）时间分辨TA光谱和（D）CO 2 -TPD曲线；Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 （E）和Bi 2 Sn 2 O 7 （F）上CO 2 还原的原位FTIR光谱；Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 在黑暗（G）和光照（H）下表面电势分布的KPFM；（I）在黑暗和光照射下线扫描表面电势发生变化。

图4.（A）探索激发态下表面电子结构和化学态的QIS-XPS示意图；在黑暗和光照下测试的Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 上的C 1s（B）、Bi 4f（C）和Sn 3d（D）的高分辨率SI-XPS光谱。（E）Bi-Bi 2 Sn 2 O 7 上CO 2 还原的可能光催化过程。

文献详情

Subnanometric Bismuth Clusters Confined in Pyrochlore-Bi 2 Sn 2 O 7 Enable Remarkable CO 2 Photoreduction

Wenkai Yan, Yajun Zhang, Yingpu Bi*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202316459