Rationally Designed Double‐Shell Dodecahedral Microreactors with Efficient Photoelectron Transfer: N‐Doped‐C‐Encapsulated Ultrafine In2O3 Nanoparticles

纳米反应器 材料科学 十二面体 化学工程 光催化 纳米颗粒 X射线光电子能谱 催化作用 光化学 纳米技术 兴奋剂 化学 结晶学 有机化学 光电子学 工程类
作者
Liming Sun,Rong Li,Wenwen Zhan,Fan Wang,Yuan Zhuang,Xiaojun Wang,Xiguang Han
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:25 (12): 3053-3060 被引量:30
标识
DOI:10.1002/chem.201804922
摘要

Abstract It is desirable but challenging to design efficient micro‐/nanoreactors for chemical reactions. In this study, we have fabricated mesoporous double‐shelled hollow microreactors composed of N‐doped‐C‐coated ultrafine In 2 O 3 nanoparticles [N‐C/In 2 O 3 HD (hollow dodecahedron)] by the thermolysis of a dodecahedral In‐based framework in Ar atmosphere. The obtained N‐C/In 2 O 3 HD exhibited excellent activity in the photocatalytic oxidative hydroxylation of a series of arylboronic acid substrates. This property can be attributed to its enhanced optical absorption and efficient separation of photo‐generated electron–hole pairs, imparted by the unique structure and uniformly coated N‐doped C layers. Furthermore, we found O 2 .− to be the critical active species in the process of photocatalytic oxidative hydroxylation of arylboronic acids, and the formation mechanism of this radical is also proposed. Theoretical calculations further confirmed that the N‐doped C layer serves as an electron acceptor and revealed the microscopic charge‐carrier migration path through the In 2 O 3 /N‐doped graphite interfaces. Thus, photo‐generated electrons from hybrid states of In 2 O 3 , composed of In 5s and 2p orbitals, are transferred into the hybrid states of N‐doped graphite, composed of C 2p and N 2p orbitals. The present study may be helpful for understanding and designing carbon‐based micro‐/nanoreactors for photocatalytic reactions, and may also be useful for investigating related micro‐/nanoreactors.
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