Amide Covalent Bonding Engineering in Heterojunction for Efficient Solar-Driven CO2 Reduction

异质结 共价键 材料科学 选择性 光催化 化学工程 纳米技术 酰胺 量子点 吸附 光化学 催化作用 化学 光电子学 有机化学 工程类
作者
Weidong Hou,Huazhang Guo,Minghong Wu,Liang Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (20): 20560-20569 被引量:48
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c07411
摘要

Inefficient charge separation and slow interfacial reaction dynamics significantly hamper the efficiency of photocatalytic CO2 reduction. Herein, a facile EDC/NHS-assisted linking strategy was developed to enhance charge separation in heterojunction photocatalysts. Using this approach, we successfully synthesized amide-bonded carbon quantum dot-g-C3N4 (CQD-CN) heterojunction photocatalysts. The formation of amide covalent bonds between CN and CQDs in the CN-CQD facilitates efficient carrier migration, CO2 adsorption, and activation. Exploiting these advantages, the CN-CQD photocatalysts exhibit high selectivity with CO and CH4 evolution rates of 79.2 and 2.7 μmol g-1 h-1, respectively. These rates are about 1.7 and 3.6 times higher than those of CN@CQD and bulk CN, respectively. Importantly, the CN-CQD photocatalysts demonstrate exceptional stability, even after 12 h of continuous testing. The presence of the COOH* signal is identified as a crucial intermediate species in the conversion of CO2 to CO. This study presents a covalent bonding engineering strategy for developing high-performance heterojunction photocatalysts for efficient solar-driven reduction of CO2.
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