Photocatalytic CO2 Reduction Using Ni2P Nanosheets

Zhiming Pan Minghui Liu Pingping Niu Fangsong Guo Xianzhi Fu Xinchen Wang

Citation:  Pan Zhiming, Liu Minghui, Niu Pingping, Guo Fangsong, Fu Xianzhi, Wang Xinchen. Photocatalytic CO2 Reduction Using Ni2P Nanosheets[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(1): 190601. doi: 10.3866/PKU.WHXB201906014 shu

Ni2P纳米片用于光催化二氧化碳还原

    通讯作者: 王心晨, xcwang@fzu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发计划 2018YFA0209301

    国家重点研发计划(2018YFA0209301),长江学者奖励计划(T2016147),国家自然科学基金(21425309, 21761132002, 21861130353)和111引智计划(D16008)资助项目

    长江学者奖励计划 T2016147

    国家自然科学基金 21425309

    国家自然科学基金 21861130353

    国家自然科学基金 21761132002

    111引智计划 D16008

摘要: 光催化还原二氧化碳是人工光合作用的重要组成部分,但由于还原二氧化碳的活化能过高导致其应用受到极大地限制。这里,我们报道Ni2P材料耦合光敏剂能够实现高效的光催化二氧化碳还原。此外,为了进一步的提高二氧化碳还原性能,一种合成超薄片层结构Ni2P纳米片的策略被采用,目的提高其对二氧化碳吸附能力和降低二氧化碳还原的活化能。一系列物理化学表征被实施,比如X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等。这些实验结果证实了厚度为1.5 nm的超薄Ni2P纳米片被成功地制备。荧光实验结果揭示了Ni2P纳米片能够更高效地促进光生载流子的分离。此外,电化学实验证明了Ni2P纳米片具有较高的活性比表面积和电荷导电性,因此可以为二氧化碳转化提供更多的活性中心,从而加快其界面反应动力学。光催化二氧化碳还原实验结果展现了Ni2P纳米片光催化一氧化碳的生成速率为64.8 μmol·h-1,且其活性是Ni2P颗粒光催化二氧化碳还原活性的四倍,同时它展现出较高化学稳定性。这项工作为超薄Ni2P纳米片在光催化二氧化碳中的应用提供了新的思路。

English

    1. [1]

      Asadi, M.; Kim, K.; Liu, C.; Addepalli, A. V.; Abbasi, P.; Yasaei, P.; Phillips, P.; Behranginia, A.; Cerrato, J. M.; Haasch, R.; et al. Science 2016, 353, 467. doi: 10.1126/science.aaf4767

    2. [2]

      Wang, S.; Wang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 2308. doi: 10.1002/anie.201507145

    3. [3]

      Qin, J.; Wang, S.; Ren, H.; Hou, Y.; Wang, X. Appl. Catal. B 2015, 179, 1. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.05.005

    4. [4]

      Wang, Y.; Zhang, Z.; Zhang, L.; Luo, Z.; Shen, J.; Lin, H.; Long, J.; Wu, J. C. S.; Fu, X.; Wang, X.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 14595. doi: 10.1021/jacs.8b09344

    5. [5]

      Pan, Z.; Zheng, Y.; Guo, F.; Niu, P.; Wang, X. ChemSusChem 2017, 10, 87. doi: 10.1002/cssc.201600850

    6. [6]

      Liang, F.; Lindberg, P.; Lindblad, P. Sustain. Energy Fuels 2018, 2, 2583. doi: 10.1039/C8SE00281A

    7. [7]

      Pan, Z.; Zhang, G.; Wang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 7102, 7102. doi: 10.1002/anie.201902634

    8. [8]

      蓝志安, 王心晨.物理化学学报, 2017, 33, 457. doi: 10.3866/PKU.WHXB201701061Lan, Z. A.; Wang, X. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 457. doi: 10.3866/PKU.WHXB201701061

    9. [9]

      Kuriki, R.; Sekizawa, K.; Ishitani, O.; Maeda, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2406. doi: 10.1002/anie.201411170

    10. [10]

      Wu, L. Y.; Mu, Y. F.; Guo, X. X.; Zhang, W.; Zhang, Z. M.; Zhang, M.; Lu, T. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 9491. doi: 10.1002/anie.201904537

    11. [11]

      Zhai, Q.; Xie, S.; Fan, W.; Zhang, Q.; Wang, Y.; Deng, W.; Wang, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5776. doi: 10.1002/anie.201301473

    12. [12]

      Shown, I.; Samireddi, S.; Chang, Y. C.; Putikam, R.; Chang, P. H.; Sabbah, A.; Fu, F. Y.; Chen, W. F.; Wu, C. I.; Yu, T. Y.; et al. Nat. Commun. 2018, 9, 169. doi: 10.1038/s41467-017-02547-4

    13. [13]

      Qin, J.; Wang, S.; Wang, X. Appl. Catal. B 2017, 209, 476. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.03.018

    14. [14]

      Kuriki, R.; Matsunaga, H.; Nakashima, T.; Wada, K.; Yamakata, A.; Ishitani, O.; Maeda, K. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5159. doi: 10.1021/jacs.6b01997

    15. [15]

      Kang, Q.; Wang, T.; Li, P.; Liu, L.; Chang, K.; Li, M.; Ye, J. Angew. Chem. 2015, 127, 855. doi: 10.1002/ange.201409183

    16. [16]

      Cometto, C.; Kuriki, R.; Chen, L.; Maeda, K.; Lau, T. C.; Ishitani, O.; Robert, M. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 7437. doi: 10.1021/jacs.8b04007

    17. [17]

      Pei, Z.; Li, H.; Huang, Y.; Xue, Q.; Huang, Y.; Zhu, M.; Wang, Z.; Zhi, C. Energy Environ. Sci. 2017, 10, 742. doi: 10.1039/C6EE03265F

    18. [18]

      Wang, S.; Guan, B. Y.; Lou, X. W. Energy Environ. Sci. 2018, 11, 306. doi: 10.1039/C7EE02934A

    19. [19]

      Zheng, Y.; Lin, L.; Ye, X.; Guo, F.; Wang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 11926. doi: 10.1002/anie.201407319

    20. [20]

      Wang, S.; Wang, X. Appl. Catal. B 2015, 162, 494. doi: 10.1016/j.apcatb.2014.07.026

    21. [21]

      Kuriki, R.; Yamamoto, M.; Higuchi, K.; Yamamoto, Y.; Akatsuka, M.; Lu, D.; Yagi, S.; Yoshida, T.; Ishitani, O.; Maeda, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 4867. doi: 10.1002/anie.201701627

    22. [22]

      Ouyang, T.; Wang, H. J.; Huang, H. H.; Wang, J. W.; Guo, S.; Liu, W. J.; Zhong, D. C.; Lu, T. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16480. doi: 10.1002/anie.201811010

    23. [23]

      Ouyang, T.; Huang, H. H.; Wang, J. W.; Zhong, D. C.; Lu, T. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 738. doi: 10.1002/anie.201610607

    24. [24]

      Wang, S.; Wang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 55, 2308. doi: 10.1002/anie.201507145

    25. [25]

      Fu, J.; Zhu, B.; Jiang, C.; Cheng, B.; You, W.; Yu, J. Small 2017, 13, 1603938. doi: 10.1002/smll.201603938

    26. [26]

      Apaydin, D. H.; Portenkirchner, E.; Jintanalert, P.; Strauss, M.; Luangchaiyaporn, J.; Sariciftci, N. S.; Thamyongkit, P. Sustain. Energy Fuels 2018, 2, 2747. doi: 10.1039/C8SE00422F

    27. [27]

      Yang, Y.; Ajmal, S.; Zheng, X.; Zhang, L. Sustain. Energy Fuels 2018, 2, 510. doi: 10.1039/C7SE00371D

    28. [28]

      Carenco, S.; Portehault, D.; Boissière, C.; Mézailles, N.; Sanchez, C. Adv. Mater. 2014, 26, 371. doi: 10.1002/adma.201303198

    29. [29]

      Shi, Y.; Zhang, B. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 1529. doi: 10.1039/C5CS00434A

    30. [30]

      Liu, Q.; Tian, J.; Cui, W.; Jiang, P.; Cheng, N.; Asiri, A. M.; Sun, X. Angew. Chem. 2014, 126, 6828. doi: 10.1002/ange.201404161

    31. [31]

      Tian, J.; Liu, Q.; Asiri, A. M.; Sun, X. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7587. doi: 10.1021/ja503372r

    32. [32]

      Li, D.; Baydoun, H.; Verani, C. N.; Brock, S. L. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 4006. doi: 10.1021/jacs.6b01543

    33. [33]

      Yu, X. Y.; Feng, Y.; Guan, B.; Lou, X. W.; Paik, U. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 1246. doi: 10.1039/C6EE00100A

    34. [34]

      Stern, L. A.; Feng, L.; Song, F.; Hu, X. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2347. doi: 10.1039/C5EE01155H

    35. [35]

      Pan, Z.; Niu, P.; Hou, Y.; Fang, Y.; Liu, M.; Wang, X. ChemSusChem 2019, 12, 1911. doi: 10.1002/cssc.201801691

    36. [36]

      Indra, A.; Acharjya, A.; Menezes, P. W.; Merschjann, C.; Hollmann, D.; Schwarze, M.; Aktas, M.; Friedrich, A.; Lochbrunner, S.; Thomas, A.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1653. doi: 10.1002/anie.201611605

    37. [37]

      Sun, Z.; Zheng, H.; Li, J.; Du, P. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2668. doi: 10.1039/C5EE01310K

    38. [38]

      Sun, X.; Lu, L.; Zhu, Q.; Wu, C.; Yang, D.; Chen, C.; Han, B. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 2427. doi: 10.1002/anie.201712221

    39. [39]

      Calvinho, K. U. D.; Laursen, A. B.; Yap, K. M. K.; Goetjen, T. A.; Hwang, S.; Murali, N.; Mejia-Sosa, B.; Lubarski, A.; Teeluck, K. M.; Hall, E. S.; et al. Energy Environ. Sci. 2018, 11, 2550. doi: 10.1039/C8EE00936H

    40. [40]

      Fu, Z. C.; Xu, R. C.; Moore, J. T.; Liang, F.; Nie, X. C.; Mi, C.; Mo, J.; Xu, Y.; Xu, Q. Q.; Yang, Z.; et al. Chem. Eur. J. 2018, 24, 4273. doi: 10.1002/chem.201800335

    41. [41]

      Wang, S.; Guan, B. Y.; Lu, Y.; Lou, X. W. D. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 17305. doi: 10.1021/jacs.7b10733

    42. [42]

      Wang, S.; Guan, B. Y.; Lou, X. W. D. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5037. doi: 10.1021/jacs.8b02200

    43. [43]

      Chen, Y.; Jia, G.; Hu, Y.; Fan, G.; Tsang, Y. H.; Li, Z.; Zou, Z. Sustain. Energy Fuels 2017, 1, 1875. doi: 10.1039/C7SE00344G

    44. [44]

      Li, F.; Chen, L.; Knowles, G. P.; MacFarlane, D. R.; Zhang, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 505. doi: 10.1002/anie.201608279

    45. [45]

      Tu, W.; Zhou, Y.; Liu, Q.; Tian, Z.; Gao, J.; Chen, X.; Zhang, H.; Liu, J.; Zou, Z. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 1215. doi: 10.1002/adfm.201102566

    46. [46]

      Cao, S.; Shen, B.; Tong, T.; Fu, J.; Yu, J. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1800136. doi: 10.1002/adfm.201800136

    47. [47]

      Ou, H.; Lin, L.; Zheng, Y.; Yang, P.; Fang, Y.; Wang, X. Adv. Mater. 2017, 29, 1700008. doi: 10.1002/adma.201700008

    48. [48]

      Pu, Z.; Wei, S.; Chen, Z.; Mu, S. Appl. Catal. B 2016, 196, 193. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.05.027

    49. [49]

      Gao, C.; Meng, Q.; Zhao, K.; Yin, H.; Wang, D.; Guo, J.; Zhao, S.; Chang, L.; He, M.; Li, Q.; et al. Adv. Mater. 2016, 28, 6485. doi: 10.1002/adma.201601387

    50. [50]

      Jiang, J.; Zhao, K.; Xiao, X.; Zhang, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4473. doi: 10.1021/ja210484t

    51. [51]

      Yu, J.; Low, J.; Xiao, W.; Zhou, P.; Jaroniec, M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8839. doi: 10.1021/ja5044787

    52. [52]

      Jia, J.; Qian, C.; Dong, Y.; Li, Y. F.; Wang, H.; Ghoussoub, M.; Butler, K. T.; Walsh, A.; Ozin, G. A. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 4631. doi: 10.1039/C7CS00026J

    53. [53]

      Li, F.; Xue, M.; Li, J.; Ma, X.; Chen, L.; Zhang, X.; MacFarlane, D. R.; Jie, Z. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14718. doi: 10.1002/anie.201710038

    54. [54]

      Zhao, Y.; Chen, G.; Bian, T.; Zhou, C.; Waterhouse, G. I. N.; Wu, L. Z.; Tung, C. H.; Smith, L. J.; O'Hare, D.; Zhang, T. Adv. Mater. 2015, 27, 7824. doi: 10.1002/adma.201503730

    55. [55]

      Yao, T.; Liu, L.; Xiao, C.; Zhang, X.; Liu, Q.; Wei, S.; Xie, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7554. doi: 10.1002/anie.201302891

    56. [56]

      Popczun, E. J.; McKone, J. R.; Read, C. G.; Biacchi, A. J.; Wiltrout, A. M.; Lewis, N. S.; Schaak, R. E. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9267. doi: 10.1021/ja403440e

    57. [57]

      Tang, C.; Zhang, R.; Lu, W.; Wang, Z.; Liu, D.; Hao, S; Du, G.; Asiri, A.M.; Sun, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 842. doi: 10.1002/anie.201608899

    58. [58]

      Bai, Y.; Zhang, H.; Li, X.; Liu, L.; Xu, H.; Qiu, H.; Wang, Y. Nanoscale 2015, 7, 1446. doi: 10.1039/C4NR05862C

    59. [59]

      Wang, S.; Wang, X. Appl. Catal. B 2015, 162, 494. doi: 10.1016/j.apcatb.2014.07.026

    60. [60]

      Chen, Y.; Wang, B.; Lin, S.; Zhang, Y.; Wang, X. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 29981. doi: 10.1021/jp510187c

    61. [61]

      Wang, S.; Hou, Y.; Wang, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 4327. doi: 10.1021/am508766s

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  14
  • 文章访问数:  1132
  • HTML全文浏览量:  92
文章相关
  • 发布日期:  2020-01-15
  • 收稿日期:  2019-06-04
  • 接受日期:  2019-07-11
  • 修回日期:  2019-07-05
  • 网络出版日期:  2019-01-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章