Integration of CdS Nanoparticles and Molecular Cobalt Catalysts into Metal–Organic Frameworks for Highly Efficient Photocatalytic Amine Oxidation

光催化 催化作用 金属有机骨架 纳米颗粒 胺气处理 金属 化学 材料科学 无机化学 纳米技术 有机化学 吸附
作者
Lianfen Chen,Zijian Liu,De-Rui Kong,Qing Tang,Li‐Lin Tan,Zhimin Liang,Yifan Chen,Cheng‐Xia Chen,Shengqian Ma
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (6): 4858-4869 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c07398
摘要

The rational design and construction of metal–organic framework (MOF)-based photocatalytic composites with outstanding visible-light responsiveness, rapid photogenerated charge carrier separation and migration ability, and suitable band gaps for photocatalytic organic transformation have gained enormous attention, yet they are highly challenging. Herein, a series of hybrid materials, CdS- x /UiO-66-IPy(Co) ( x represents the theoretical loading amount of CdS into the synthetic system), featuring CdS nanoparticles and molecular cobalt centers, have been constructed by a step-by-step assembly (SSA) strategy. Significantly, the resultant CdS- x /UiO-66-IPy(Co) composites present dramatically improved catalytic activity in the oxidative coupling of amines under ambient air and visible-light irradiation (λ > 400 nm) as compared with the parent UiO-66 and CdS. Specifically, CdS-20/UiO-66-IPy(Co) can efficiently convert benzylamine derivatives into the target imine products with conversion and selectivity both exceeding 95%, attributed to the formation of a heterostructure between the well-dispersed CdS nanoparticles, molecular Co catalyst, and UiO-66-NH 2, which facilitated an extended range of light absorption, efficient separation and migration of photogenerated charge carriers, and abundant exposed reaction active sites. The recycling experiments confirm the good recyclability and durability of CdS-20/UiO-66-IPy(Co). Furthermore, the underlying catalytic mechanism has been well established by comprehensive experiments involving photocurrent, electrochemical impedance, photoluminescence, transient absorption, and electron paramagnetic resonance spectroscopy measurements.
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