具有高效化学吸附、增强的载流子分离及抗光腐蚀 能力的CdS/COF核壳结构纳米棒用于光催化还原铀

共价有机骨架 材料科学 化学吸附 结晶度 共价键 化学工程 半导体 萃取(化学) 纳米技术 催化作用 有机化学 光电子学 化学 复合材料 多孔性 工程类
作者
Kaifu Yu,Pan He,Ningning He,Xiaofeng Li,Changxue Dong,Bo Jiang,Yingdi Zou,Xuan Pei,Yang Li,Lijian Ma
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Nature]
卷期号:66 (12): 4680-4688 被引量:2
标识
DOI:10.1007/s40843-023-2599-9
摘要

Reduction of soluble U(VI) to insoluble U(IV) based on semiconductor photocatalysts is a favored U(VI)-extraction method, because of its simplicity, environmental friendliness, and high efficiency. The key to implement this technology is the development of efficient photocatalysts with high activity and stability for sacrificial agents-free U(VI) photoreduction. Herein, we report a new type of CdS/covalent organic framework (COF) core-shell photocatalysts (CdS@COF-X, X = 5, 10, 15, and 20) with efficient chemisorption, enhanced carrier separation, and antiphotocorrosion ability for U(VI) photoreduction without additional sacrificial agents. The two-dimensional COF, formed by the polycondensation of 2,4,6-triformylphloroglucinol and 1,3,5-tris(4-aminophenyl)triazine, was selected to construct the hybrid materials due to its high chemical stability, matching band gaps and efficient chemisorption for U(VI). Remarkably, CdS@COF-10 realized a record high U(VI) extraction capacity of 1825.6 mg g−1 after 90 min. Moreover, the reduction ratio of uranium was up to 82.5%, and the product was identified as uranium dioxide (UO2) after reaction. Further mechanistic studies indicated that the COF shell not only provided chemisorption sites for U(VI) to decrease the activation energy of U(VI) reduction, but also formed a strong built-in electric field at the interface with the CdS core to promote the carrier separation. More importantly, for all CdS@COF-X, CdS-COF-10 with appropriate COF shell content balanced the crystallinity, interfacial contact integrity, light absorption of CdS core, and number of U(VI) chemisorption sites, achieving the highest carrier separation efficiency and U(VI) photoreduction performance.
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