Necessary and sufficient conditions for the successful three-phase photocatalytic reduction of CO2 by H2O over heterogeneous photocatalysts

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出版日 2018-02-28
DOI 10.1039/C7CP07783A
インパクトファクター 3.676
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要旨

Artificial photosynthesis has recently drawn an increasing amount of attention due to the fact that it allows for direct solar-to-chemical energy conversion. However, one of the basic steps of this process, namely the reduction of CO2 by H2O to afford O2 and CO2 reduction products (CO2RPs) such as HCOOH, CO, HCHO, CH3OH, and CH4, is very difficult to achieve. In contrast to the CO2 reduction in plants and homogenous systems, the reduction of CO2 to CO2RPs over heterogeneous photocatalysts was challenged by the competing reduction of H+ to H2. Unfortunately, most of the research performed so far has focused only on the reduction of CO2, rather than the characterization of the H2O oxidation and H2 production. Moreover, the fact that the heterogeneous photocatalytic reduction of CO2 into CO2RPs by H2O should satisfy several selectivity criteria has often been ignored. Herein, we propose three such evaluation criteria, namely (1) the origin of carbon in CO2RPs (determined using isotopically labeled CO2 (13CO2)), (2) the relative amount of H2 and CO2RPs produced, and (3) the amount of O2 produced by the oxidation of H2O. If all these criteria are satisfied, i.e., the carbons of CO2RPs originate from CO2, the amount of H2 produced is negligible, and a stoichiometric amount of O2 is produced by the oxidation of H2O, then CO2 introduced into the gas phase is believed to be reduced by H2O to CO2RPs in the aqueous phase.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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