Bridging molecular photosensitizer and catalyst on carbon nanotubes toward enhanced selectivity and durability for CO2 photoreduction

光敏剂 催化作用 选择性 碳纳米管 共价键 光催化 金属 材料科学 光化学 化学 耐久性 化学工程 组合化学 纳米技术 有机化学 工程类 复合材料
作者
Xiaofeng Cui,Xueting Wang,Lijun Zhao,Jixin Wang,Tingting Kong,Yujie Xiong
出处
期刊:Journal of Environmental Sciences-china [Elsevier BV]
卷期号:140: 157-164 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jes.2023.06.022
摘要

Homogenous molecular photocatalysts for CO2 reduction, especially metal complex-based photosensitizer‒catalyst assemblages, have been attracting extensive research interests due to their efficiency and customizability. However, their low durability and recyclability limit practical applications. In this work, we immobilized the catalysts of metal terpyridyl complexes and the photosensitizer of [Ru(bpy)3]Cl2 onto the surface of carbon nanotubes through covalent bonds and electrostatic interactions, respectively, transforming the homogeneous system into a heterogeneous one. Our characterizations prove that these metal complexes are well dispersed on CNTs with a high loading (ca. 12 wt.%). Photocatalytic measurements reveal that catalytic activity is remarkably enhanced when the molecular catalysts are anchored, which is three times higher than that of homogeneous molecular catalysts. Moreover, when the photosensitizer of [Ru(bpy)3]Cl2 is immobilized, the side reaction of hydrogen evolution is completely suppressed and the selectivity for CO production reaches 100%, with its durability also significantly improved. This work provides an effective pathway for constructing heterogeneous photocatalysts based on rational assembly of efficient molecular photosensitizers and catalysts.
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