Powering a CO2 Reduction Catalyst with Visible Light through Multiple Sub-picosecond Electron Transfers from a Quantum Dot

化学 电子转移 光化学 皮秒 催化作用 量子点 氧化还原 卟啉 纳米技术 无机化学 激光器 生物化学 光学 物理 材料科学
作者
Shichen Lian,Mohamad S. Kodaimati,Dmitriy S. Dolzhnikov,Raul Calzada,Emily A. Weiss
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (26): 8931-8938 被引量:144
标识
DOI:10.1021/jacs.7b03134
摘要

Photosensitization of molecular catalysts to reduce CO2 to CO is a sustainable route to storable solar fuels. Crucial to the sensitization process is highly efficient transfer of redox equivalents from sensitizer to catalyst; in systems with molecular sensitizers, this transfer is often slow because it is gated by diffusion-limited collisions between sensitizer and catalyst. This article describes the photosensitization of a meso-tetraphenylporphyrin iron(III) chloride (FeTPP) catalyst by colloidal, heavy metal-free CuInS2/ZnS quantum dots (QDs) to reduce CO2 to CO using 450 nm light. The sensitization efficiency (turnover number per absorbed unit of photon energy) of the QD system is a factor of 18 greater than that of an analogous system with a fac-tris(2-phenylpyridine)iridium sensitizer. This high efficiency originates in ultrafast electron transfer between the QD and FeTPP, enabled by formation of QD/FeTPP complexes. Optical spectroscopy reveals that the electron-transfer processes primarily responsible for the first two sensitization steps (FeIIITPP → FeIITPP, and FeIITPP → FeITPP) both occur in <200 fs.

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