Well-defined Co9S8 cages enable the separation of photoexcited charges to promote visible-light CO2 reduction

电子转移 光敏剂 激发态 密度泛函理论 材料科学 催化作用 产量(工程) 光化学 化学 计算化学 有机化学 原子物理学 物理 冶金
作者
Xiahui Lin,Zidong Xie,Bo Su,Mei Zheng,Wenxin Dai,Yidong Hou,Zhengxin Ding,Wei Lin,Yuanxing Fang,Sibo Wang
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:13 (43): 18070-18076 被引量:42
标识
DOI:10.1039/d1nr04812k
摘要

Exploring affordable cocatalysts with high performance for boosting charge separation and CO2 activation is an effective strategy to reinforce CO2 photoreduction efficiency. Herein, well-defined Co9S8 cages are exploited as a nonprecious promoter for visible-light CO2 reduction. The Co9S8 cages are prepared via a multistep strategy with ZIF-67 particles as the precursor and fully characterized by physicochemical techniques. The hollow Co9S8 cocatalyst with a high surface area and profuse catalytically active centers is discovered to accelerate separation and transfer of light-induced charges, and strengthen concentration and activation of CO2 molecules. In a hybrid photosensitized system, these Co9S8 cages efficiently promote the deoxygenative reduction of CO2 to generate CO, with a high yield rate of 35 μmol h-1 (i.e., 35 mmol h-1 g-1). Besides, this cocatalyst is also of high stability for the CO2 photoreduction reaction. Density functional theory (DFT) calculations reveal that the Ru(bpy)32+ photosensitizer is strongly absorbed on the Co9S8 (311) surface through forming four Co-C bonds, which can serve as the "bridges" to ensure quick electron transfer from the excited photosensitiser to the active Co9S8 cocatalyst, thus promoting the separation of photoexcited charges for ehannced CO2 reduction performance.
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