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Constructing S-Scheme Heterojunction of CoAlLa-LDH/g-C3N4 through Monolayer Ti3C2-MXene to Promote Photocatalytic CO2 Re-forming of Methane to Solar Fuels
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-12-28 , DOI: 10.1021/acsaem.1c03266 Azmat Ali Khan 1, 2 , Muhammad Tahir 1, 3
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-12-28 , DOI: 10.1021/acsaem.1c03266 Azmat Ali Khan 1, 2 , Muhammad Tahir 1, 3
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Multi-heterostructure interfaces of CoAlLa-LDH with porous g-C3N4 on monolayer Ti3C2-MXene was designed to get double-S-scheme heterojunction through in situ grown titania nanoparticles using a single-step ultrasonic assisted hydrothermal approach. The Ti3C2 MXene nanotexture embedded TiO2 NPs provides 3D nanotexture for promoting the interface interaction of g-C3N4 with CoAlLa-LDH. The g-C3N4/Ti3C2T/CoAlLa-LDH dual-S-scheme assembly possesses merits of conductive and semiconductive components with higher charges separation. The photoactivity test was conducted for CO2 reduction through different re-forming systems such as dry re-forming of methane (DRM) and bi-re-forming of methane (BRM), whereas acidic and basic sites over the composite enabled the attachment of both the CO2 and CH4 molecules for their activation under solar energy. The electron rich composite resulted in CO and H2 production of 55.25 and 54.72 μmol g–1 h–1, respectively under visible light during DRM process. These amounts of CO and H2 were many folds higher than the pristine g-C3N4 and LDH samples. This significant performance was ascribed to the strong interfacial interaction with a dual-step-scheme formation and electron rich linkers of oxygen defective La/Ti sites for superior charge-transfer separation. More importantly, by introducing water to CO2/CH4, a further efficiency was enhanced due to more utilization of holes. The hydrogen rich syngas production through feed ratio and reducing agents with tremendous stability further endorses good sorption characteristics of newly developed nanotextures. This electrostatic attraction approach presented a promising route for the rational design of layered multicomponent heterojunctions with 2D/2D/2D architecture for CO2 reduction to solar fuels.
中文翻译：
通过单层 Ti3C2-MXene 构建 CoAlLa-LDH/g-C3N4 的 S 型异质结促进甲烷光催化 CO2 重整为太阳能燃料
CoAlLa-LDH 与多孔 gC 3 N 4在单层 Ti 3 C 2 -MXene 上的多异质结构界面被设计为使用单步超声辅助水热法通过原位生长的二氧化钛纳米粒子获得双 S 型异质结。Ti 3 C 2 MXene 纳米纹理嵌入TiO 2 NPs 提供3D 纳米纹理以促进gC 3 N 4与CoAlLa-LDH 的界面相互作用。gC 3 N 4 /Ti 3 C 2T / CoAlLa-LDH双S方案组件具有导电和半导体组件的优点，具有更高的电荷分离。通过不同的重整系统（如甲烷干重重整（DRM）和甲烷二重重整（BRM））对CO 2还原进行光活性测试，而复合材料上的酸性和碱性位点能够附着CO 2和 CH 4分子在太阳能下的活化。富电子复合材料在 DRM 过程中在可见光下分别产生 55.25 和 54.72 μmol g –1 h –1的 CO 和 H 2 。这些量的 CO 和 H 2比原始 gC 高很多倍3 N 4和 LDH 样品。这种显着的性能归因于与双步骤方案形成的强界面相互作用和氧缺陷 La/Ti 位点的富电子接头，以实现出色的电荷转移分离。更重要的是，通过将水引入CO 2 /CH 4，由于更多地利用空穴，进一步提高了效率。通过进料比和还原剂产生的富氢合成气具有极大的稳定性，进一步证明了新开发的纳米结构的良好吸附特性。这种静电吸引方法为合理设计具有 2D/2D/2D 结构的层状多组分异质结提供了一条有前景的途径，用于将 CO 2还原为太阳能燃料。
更新日期：2022-01-24
中文翻译：
通过单层 Ti3C2-MXene 构建 CoAlLa-LDH/g-C3N4 的 S 型异质结促进甲烷光催化 CO2 重整为太阳能燃料
CoAlLa-LDH 与多孔 gC 3 N 4在单层 Ti 3 C 2 -MXene 上的多异质结构界面被设计为使用单步超声辅助水热法通过原位生长的二氧化钛纳米粒子获得双 S 型异质结。Ti 3 C 2 MXene 纳米纹理嵌入TiO 2 NPs 提供3D 纳米纹理以促进gC 3 N 4与CoAlLa-LDH 的界面相互作用。gC 3 N 4 /Ti 3 C 2T / CoAlLa-LDH双S方案组件具有导电和半导体组件的优点，具有更高的电荷分离。通过不同的重整系统（如甲烷干重重整（DRM）和甲烷二重重整（BRM））对CO 2还原进行光活性测试，而复合材料上的酸性和碱性位点能够附着CO 2和 CH 4分子在太阳能下的活化。富电子复合材料在 DRM 过程中在可见光下分别产生 55.25 和 54.72 μmol g –1 h –1的 CO 和 H 2 。这些量的 CO 和 H 2比原始 gC 高很多倍3 N 4和 LDH 样品。这种显着的性能归因于与双步骤方案形成的强界面相互作用和氧缺陷 La/Ti 位点的富电子接头，以实现出色的电荷转移分离。更重要的是，通过将水引入CO 2 /CH 4，由于更多地利用空穴，进一步提高了效率。通过进料比和还原剂产生的富氢合成气具有极大的稳定性，进一步证明了新开发的纳米结构的良好吸附特性。这种静电吸引方法为合理设计具有 2D/2D/2D 结构的层状多组分异质结提供了一条有前景的途径，用于将 CO 2还原为太阳能燃料。
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