Cobalt-Doped MoS2-Integrated Hollow Structured Covalent Organic Framework Nanospheres for the Effective Photoreduction of CO2 under Visible Light

选择性 光催化 共价键 纳米复合材料 兴奋剂 化学 载流子 可见光谱 量子产额 纳米技术 化学工程 材料科学 光化学 催化作用 无机化学 光电子学 有机化学 物理 工程类 荧光 量子力学
作者
Vishnu Nair Gopalakrishnan,Jorge Becerra,M. Sakar,Jason M. E. Ahad,François Béland,Trong‐On Do
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:37 (3): 2329-2339 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.2c03292
摘要

Photocatalytic conversion of CO2 into beneficial raw chemicals has gained a great deal of attention for well over the recent decade due to its prospect for alleviating energy scarcity and global warming. Even though photocatalytic CO2 reduction technique has shown great promise, the successful conversion of CO2 to the intended outputs has remained a key barrier. Here, we present the design synthesis of a hollow nanospherical keto-enamine TpPa-1 covalent organic framework (COF) integrated single-atom Co-1T-MoS2 (TpPa-1/Co-1T-MoS2) composite with the appropriate band edge potential and an enhanced charge separation to improve its CO2 photoreduction efficiency under visible light irradiation. With a selectivity of 93%, the developed TpPa-1/Co-1T-MoS2 nanocomposite exhibits impressive photocatalytic CO2 reduction efficiency of up to ∼196 μmol g–1 h–1 of CO. Bare TpPa-1 and Co-1T-MoS2 both had around 1.23 and 1.6 times lower CO than TpPa-1/Co-1T-MoS2. Parametric analyses show that the TpPa-1 and Co-1T-MoS2 counterparts have a remarkable cumulative influence on the specificity and efficacy of photoreduction of CO2 to CO. TpPa-1/Co-1T-MoS2 composite is one of the handful of notable values cited in the literature, with an apparent quantum yield of 0.7% at 420 nm under ideal conditions. 13C labeling confirms that the selective conversion of CO2 to CO was facilitated by couplings between TpPa-1 and Co-1T-MoS2, which enhanced charge separation and migration to the surface. The findings show that COFs and their single-atom-based composites can be developed for next-generation photocatalytic systems and that this technology may also be interesting for other energy conversion applications.
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