Plasmonic quantum dots modulated nano-mineral toward photothermal reduction of CO2 coupled with biomass conversion

光催化 光化学 材料科学 催化作用 苯甲醇 等离子体子 氧化还原 量子点 表面等离子共振 吸收(声学) 纳米颗粒 化学工程 纳米技术 化学 有机化学 光电子学 冶金 复合材料 工程类
作者
Guangbiao Cao,Haoran Xing,Haoguan Gui,Chao Yao,Yinjuan Chen,Yongsheng Chen,Xiazhang Li
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:17 (6): 5061-5072 被引量:19
标识
DOI:10.1007/s12274-024-6521-9
摘要

Simultaneous conversion of CO2 and biomass into value-added chemicals through solar-driven catalysis holds tremendous importance for fostering a sustainable circular economy. Herein, plasmonic Bi quantum dots were immobilized on phosphoric acid modified attapulgite (P-ATP) nanorod using an in-situ reduction–deposition method, and were employed for photocatalytic reduction of CO2 coupled with oxidation of biomass-derived benzyl alcohol. Results revealed that Bi atoms successfully integrated into the basal structure of P-ATP, forming chemically coordinated Bi–O–Si bonds that served as efficient transportation channels for electrons. The incorporation of high-density monodispersed Bi quantum dots induced a surface plasmon resonance (SPR) effect, expanding the light absorption range into the near-infrared region. As a consequence, the photo-thermal transformation was significantly accelerated, leading to enhanced reaction kinetics. Notably, 50% Bi/P-ATP nanocomposite exhibited the highest plasmon-mediated photocatalytic CH4 generation (115.7 µmol·g−1·h−1) and CO generation (44.9 µmol·g−1·h−1), along with remarkable benzaldehyde generation rate of 79.5 µmol·g−1·h−1 in the photo-redox coupling system under solar light irradiation. The hydrogen protons released from the oxidation of benzyl alcohol facilitated the incorporation of more hydrogen protons into CO2 to form key CH3O− intermediates. This work demonstrates the synergistic solar-driven valorization of CO2 and biomass using natural mineral based catalyst.
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