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Selective visible-light driven highly efficient photocatalytic reduction of CO2 to C2H5OH by two-dimensional Cu2S monolayers
Nanoscale Horizons ( IF 8.0 ) Pub Date : 2021-5-22 , DOI: 10.1039/d1nh00196e Shiyan Wang 1 , Xiaowan Bai 1 , Qiang Li 1 , Yixin Ouyang 1 , Li Shi 1 , Jinlan Wang 1
Nanoscale Horizons ( IF 8.0 ) Pub Date : 2021-5-22 , DOI: 10.1039/d1nh00196e Shiyan Wang 1 , Xiaowan Bai 1 , Qiang Li 1 , Yixin Ouyang 1 , Li Shi 1 , Jinlan Wang 1
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Solar-driven highly-efficient photocatalytic reduction of CO2 into value-added fuels has been regarded as a promising strategy to assuage the current global warming and energy crisis, but developing highly product-selective, long-term stable and low-cost photocatalysts for C2 production remains a grand challenge. Herein, we demonstrate that two-dimensional β- and δ-phase Cu2S monolayers are promising photocatalysts for the reduction of CO2 into C2H5OH. The calculated potential-limiting steps for the CO2 reduction reaction (CO2RR) are less than 0.50 eV, while those for the hydrogen evolution reaction are as high as 1.53 and 0.87 eV. Most strikingly, the C–C coupling only needs to overcome an ultra-low kinetic barrier of ∼0.30 eV, half of that on the Cu surface, indicating that they can boost the C2H5OH conversion efficiency greatly. Besides, these catalysts also exhibit satisfactory band edge positions and suitable visible light absorption, rendering them ideal for the visible light driven CO2RR. Our work not only provides a promising photocatalyst for achieving the efficient and selective CO2RR, but also brings new opportunities for advanced sustainable C2H5OH product.
中文翻译：
选择性可见光驱动的二维 Cu2S 单层高效光催化将 CO2 还原为 C2H5OH
太阳能驱动的高效光催化将CO 2光催化还原为增值燃料已被认为是缓解当前全球变暖和能源危机的有前途的战略，但开发了高度产品选择性，长期稳定且低成本的光催化剂用于C 2生产仍然是一个巨大的挑战。在本文中，我们证明了二维β相和δ相Cu 2 S单层是有前途的光催化剂，可以将CO 2还原为C 2 H 5 OH。CO 2还原反应（CO 2RR) 小于 0.50 eV，而析氢反应则高达 1.53 和 0.87 eV。最引人注目的是，C-C 耦合只需要克服~0.30 eV 的超低动力学势垒，是 Cu 表面的一半，表明它们可以大大提高 C 2 H 5 OH 转换效率。此外，这些催化剂还表现出令人满意的带边位置和合适的可见光吸收，使其成为可见光驱动的 CO 2 RR 的理想选择。我们的工作不仅为实现高效和选择性的 CO 2 RR提供了一种有前途的光催化剂，而且为先进的可持续 C 2 H 5 OH 产品带来了新的机会。
更新日期：2021-05-28
中文翻译：
选择性可见光驱动的二维 Cu2S 单层高效光催化将 CO2 还原为 C2H5OH
太阳能驱动的高效光催化将CO 2光催化还原为增值燃料已被认为是缓解当前全球变暖和能源危机的有前途的战略，但开发了高度产品选择性，长期稳定且低成本的光催化剂用于C 2生产仍然是一个巨大的挑战。在本文中，我们证明了二维β相和δ相Cu 2 S单层是有前途的光催化剂，可以将CO 2还原为C 2 H 5 OH。CO 2还原反应（CO 2RR) 小于 0.50 eV，而析氢反应则高达 1.53 和 0.87 eV。最引人注目的是，C-C 耦合只需要克服~0.30 eV 的超低动力学势垒，是 Cu 表面的一半，表明它们可以大大提高 C 2 H 5 OH 转换效率。此外，这些催化剂还表现出令人满意的带边位置和合适的可见光吸收，使其成为可见光驱动的 CO 2 RR 的理想选择。我们的工作不仅为实现高效和选择性的 CO 2 RR提供了一种有前途的光催化剂，而且为先进的可持续 C 2 H 5 OH 产品带来了新的机会。
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