Hollow Rh-COF@COF S-Scheme Heterojunction for Photocatalytic Nicotinamide Cofactor Regeneration

光催化 化学 异质结 X射线光电子能谱 光化学 共价有机骨架 共价键 化学工程 催化作用 材料科学 有机化学 光电子学 工程类
作者
Hao Zhao,Lirong Wang,Guanhua Liu,Yunting Liu,Suoqing Zhang,Lihui Wang,Xiaobing Zheng,Liya Zhou,Jing Gao,Jiafu Shi,Yanjun Jiang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (10): 6619-6629 被引量:171
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c06332
摘要

Photocatalytic regeneration of a nicotinamide cofactor, nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH), has emerged as an ideal cascade partner for combination with enzymatic transformations, but it still suffers from low efficiency due to the recombination of photogenerated charge carriers. Herein, a hierarchical Rh-covalent organic framework (COF)@COF core–shell hollow sphere (CSHS) with S-scheme heterojunction is proposed to enhance the charge carrier transfer and utilization in photocatalysis to regenerate the expensive NADPH. The hierarchical Rh-COFBpy@ hollow spherical COF (HCOF) CSHS was prepared by simple sequential in situ growth. The turnover frequency of Rh-COFBpy@HCOF25 for NADPH regeneration reached 2.6 mmol·gRh-COF–1·h–1, which was 3.7 times that of pure Rh-COFBpy under visible light. Density functional theory calculation and X-ray photoelectron spectroscopy analysis showed that an internal electric field directed from Rh-COFBpy to HCOF was formed in Rh-COFBpy@HCOF CSHS, which accelerated the photogenerated electron transfer from HCOF to Rh-COFBpy. In situ irradiated XPS analyses and photoirradiated Kelvin probe measurement revealed the S-scheme charge-transfer mechanism within Rh-COFBpy@HCOF. The Rh-COFBpy@HCOF photocatalytic NADPH regeneration system was further coupled with enzymatic reduction of C═C, achieving a photoenzyme cascade reaction. This work provides a protocol for the design and utilization of COF-based artificial photosynthetic systems.
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