InP-Quantum Dot Surface-Modified TiO2 Catalysts for Sustainable Photochemical Carbon Dioxide Reduction

量子点 光催化 光敏剂 光化学 催化作用 猝灭(荧光) 电子转移 材料科学 光解 化学 纳米技术 光电子学 荧光 光学 有机化学 物理
作者
Bumsoo Chon,Sunghan Choi,Yunjeong Seo,Hyun Seok Lee,Chul Hoon Kim,Ho‐Jin Son,Sang Ook Kang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (18): 6033-6044 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c00938
摘要

In this study, an InP-cored quantum dot (InP-QD) material was prepared and physically immobilized on TiO2 particles functionalized with an archetypical reduction catalyst, (4,4-Y2-bpy)ReI(CO)3Cl (ReP, Y = CH2PO(OH)2), to form a new type of InP quantum dot-sensitized hybrid photocatalyst (InP-QD/TiO2/ReP) and evaluated as a lower-energy photosensitizer in this hybrid system. It was found that the TiO2 heterogenization of the InP-QD material promotes the photoexcited electron transfer process from the photoexcited InP-QD* to the inorganic TiO2 solid with rapid electron injection (by ∼25 ps) through oxidative quenching, resulting in efficient charge separation at the InP-QD/TiO2 interface. With such an effective photosensitization, the stabilization of the structurally vulnerable InP-cored QDs by TiO2 heterogenization resulted in highly efficient and durable photochemical CO2-to-CO conversion of the InP-QD/TiO2/ReP hybrid in a 10 times-repeated photolysis, giving a turnover number of ∼51,000 over a 420 h period without any damage to the InP-QD photosensitizer. The stability of TiO2-bound InP-QDs was confirmed by the comparative analysis of their photophysical and chemical structures before and after long-term photoreaction. This catalytic performance is the highest reported for QD-sensitized photocatalytic CO2 conversion systems using sacrificial organic electron donors. This study provides useful design guidelines for photocatalysts using QD materials as photosensitizing components.
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