通过S型异质结中的局部疏水修饰提高CO2光还原过程中对CO的选择性

《ACS Nano》：Enhancing CO Selectivity in CO2 Photoreduction via Local Hydrophobic Modifications in S-Scheme Heterojunctions

光催化CO?转化为CO时，表面水吸附与CO?吸附竞争严重。本研究通过CTAB修饰的S-方案异质结WS?/g-C?N?，实现了表面疏水改性，抑制水吸附并增强CO?吸附。原位XPS和fs-TA证实CTAB降低表面质子浓度，优化电子-空穴分离效率。实验测得CO产率达23.24 μmol g?1 h?1，选择性74.7%，且分子动力学模拟验证了疏水基团对水分子吸附的抑制作用。该研究提出表面工程协同电子结构优化的新策略，为高效CO?还原催化剂设计提供新思路。

　　

为了解决光催化CO₂还原过程中H₂O竞争吸附的问题，通过将WS₂与经过CTAB改性的g-C₃N₄结合，制备了具有局部疏水性的S型异质结（WS/o-CN）。结构表征和接触角测试证实了S型异质结的形成以及CTAB的具体结构作用。研究人员分析了催化剂的光学、电化学性质和气体吸附能力，并通过原位XPS和fs-TA测试研究了其能带结构和电子转移路径。结果表明，局部疏水改性降低了表面质子浓度，同时保持了S型异质结中电子-空穴的有效分离。对WS/o-CN的光催化活性测试显示，CO的产率为23.24 μmol g^–1 h^–1，选择性高达74.7%。结合分子动力学模拟和原位DRIFTS测试，结果表明，非极性长碳链CTAB的引入有效抑制了H₂O在催化剂表面的吸附，同时增强了CO₂的最大吸附量。局部疏水性降低了g-C₃N₄表面的质子浓度，从而抑制了光生电子被HER反应吸收的过程，促进了CO₂向CO的高效选择性转化。本研究提出了一种表面工程策略，将电子结构优化与界面润湿性控制相结合，为设计高效的选择性CO₂到CO转化光催化剂提供了宝贵的见解。