Ligand Engineering of an N-Heterocyclic Carbene Au13 Nanocluster as a Strong Photoreductant for Sensitized Photocatalytic CO2 Reduction

化学 纳米团簇 光化学 光催化 氧化还原 激发态 卡宾 催化作用 吸收光谱法 可见光谱 吸收(声学) 配体(生物化学) 电子转移 胶体金 纳米技术 纳米颗粒 金属
作者
Rong Liu,Ning Lü,Ao Gao,Zhiyu Guo,Xiaofeng Cui,Zhou Lu,Yujie Xiong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (41): 44046-44056
标识
DOI:10.1021/jacs.6c06572
摘要

Developing photosensitizers with enhanced photoredox potential while preserving superior visible-light absorption and sufficient excited-state lifetimes poses a formidable challenge in photocatalytic redox reactions. In this study, we synthesized a series of bis-N-heterocyclic carbene Au13 nanoclusters (bis-NHC Au13 NCs) functionalized with various electron-donating/withdrawing groups. While the as-developed bis-NHC Au13 NCs all retain excellent optical absorption in the visible-wavelength region (exhibiting a molar absorption coefficient exceeding 2.0 × 104 M-1 cm-1 at 426 nm and 1.3 × 104 M-1 cm-1 at 502 nm) and long-living excited states (with lifetimes greater than 2 μs), the reductive power of bis-NHC Au13 NCs was successfully tuned from -1.42 V to -1.91 V vs SCE, rendering potent photoreduction capabilities. As a result, the sensitization of Re(bpy)(CO)3Cl catalysts by the photoexcited bis-NHC Au13 NCs led to 1 order-of-magnitude enhancement in the photocatalytic CO2 reduction yields. An increase in the electron transfer rate from excited bis-NHC Au13 NCs to Re(bpy)(CO)3Cl correlates with improved photostability, which underscores the significant implications of the bis-NHC Au13 nanocluster system for enhancing the efficiency and durability of photocatalytic redox reactions.
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