Interkalasi atom – pendekatan untuk meningkatkan dinamika pembawa foto yang dihasilkan untuk pengurangan karbon dioksida fotokatalisis yang efisien

Abstrak
Reduksi CO2 yang didorong oleh cahaya tampak menghadirkan jawaban jangka panjang terhadap tantangan lingkungan. Pembawa optik efektif terbatas yang dihasilkan oleh dinamika respons terbatas dari fotokatalis yang ada telah sangat menghambat pengembangan fotokatalis efisiensi tinggi. Di sini, kami melaporkan metode interkalasi atom kobalt dalam lembaran nano BiOBr yang sangat tipis untuk meningkatkan reduksi CO2 fotokatalitik. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa ada transfer muatan spasial yang kuat antara atom yang disisipkan dan matriks material dua dimensi. Interkalasi atom kobalt mengatur kinetika reaksi katalis, meningkatkan distribusi pembawa fotogenerasi pada permukaan katalis, dan menghambat rekombinasi elektron dan lubang fotogenerasi. Teknik interkalasi atom ini meningkatkan efisiensi penyerapan cahaya katalis sekaligus meningkatkan penyerapan dan desorpsi reaktan dan produk gas. Dikombinasikan dengan perhitungan DFT, ditunjukkan bahwa interkalasi atom kobalt memperkenalkan pusat aktif katalitik tambahan, dan mengurangi energi bebas dari perantara reaksi COOH*. Hasilnya, di bawah iradiasi cahaya tampak 420nm dalam reaksi gas-padat dengan kandungan uap air rendah tanpa promotor atau agen pengorbanan, Co-BiOBr mencapai laju pembentukan CO sebesar 36,7 μmol·g-1·h-1, sembilan kali lipat dari BiOBr asli yang tanpa interkalasi atom kobalt dalam kondisi yang sama.