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Interfacial Synergy of Ni Single Atom/Clusters and MXene Enabling Semiconductor Quantum Dots Based Superior Photoredox Catalysis
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2024-12-16 , DOI: 10.1021/acscatal.4c05842 Ming-Yu Qi, Wei-Yun Xiao, Marco Conte, Zi-Rong Tang, Yi-Jun Xu
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2024-12-16 , DOI: 10.1021/acscatal.4c05842 Ming-Yu Qi, Wei-Yun Xiao, Marco Conte, Zi-Rong Tang, Yi-Jun Xu
Semiconductor-based photocatalysis has evolved over the past decade into a prevalent approach for alcohol oxidation to afford the corresponding carbonyl compounds or C–C/C–O coupled products. Nonetheless, photocatalytic oxidative lactonization of diols to lactones still significantly lags behind, even though lactones represent a class of ring moieties with excellent biological activities. In this work, we present the high-performance visible-light-mediated lactonization of diols to lactones and H2 over the Ti3C2Tx MXene-supported CdS quantum dots (QDs) with Ni decoration (Ni/CdS/Ti3C2Tx). Ti3C2Tx acts as a two-dimensional platform for immobilizing CdS to promote the separation and migration of charge carriers, while concomitantly the Cd2+ confinement effect of Ti3C2Tx significantly retards the hole-induced photocorrosion of CdS. The unique modifications of atomically dispersed Ni species are either incorporated as Ni clusters in CdS to accelerate H2 evolution, or anchored as a Ni single atom on Ti3C2Tx for the efficient adsorption and cyclization of diols. The optimized Ni/CdS/Ti3C2Tx exhibits remarkably enhanced activity for lactone synthesis, which is 80.4 times higher than that of blank CdS, along with excellent selectivity and high durability. This work brings a conceptual idea to overcome the well-known intrinsic drawback of photoinduced decomposition in semiconductor-based photocatalysts and offers a generic and robust strategy of utilizing atomically dispersed cocatalyst as active sites for efficient and robust photoredox lactones synthesis and H2 evolution.
中文翻译:
Ni 单原子/簇和 MXene 的界面协同作用,实现基于半导体量子点的卓越光氧化还原催化
在过去十年中,基于半导体的光催化已发展成为一种流行的醇氧化方法,以提供相应的羰基化合物或 C-C/C-O 耦合产物。尽管如此,二醇的光催化氧化内酯化到内酯仍然明显滞后,尽管内酯代表了一类具有优异生物活性的环部分。在这项工作中,我们提出了在具有 Ni 装饰 (Ni/CdS/Ti3C2Tx) 的 Ti3C2Tx MXene 支持的 CdS 量子点 (QD) 上,二醇高性能内酯化为内酯和 H2。Ti3C2Tx 充当固定 CdS 的二维平台,以促进载流子的分离和迁移,同时 Ti3C2Tx 的 Cd2+ 限制效应显着延缓了 CdS 的空穴诱导光腐蚀。原子分散的 Ni 物质的独特修饰要么作为 Ni 簇掺入 CdS 中以加速 H2 的析出,要么作为 Ni 单原子锚定在 Ti3C2Tx 上,以实现二醇的高效吸附和环化。优化的 Ni/CdS/Ti3C2Tx 表现出显著增强的内酯合成活性,比空白 CdS 高 80.4 倍,同时具有出色的选择性和高耐用性。 这项工作提出了一个概念性想法,以克服基于半导体的光催化剂中众所周知的光诱导分解的固有缺点,并提供了一种通用且稳健的策略,即利用原子分散的助催化剂作为活性位点,以实现高效和稳健的光氧化还原内酯合成和 H2 析出。
更新日期:2024-12-16
中文翻译:
Ni 单原子/簇和 MXene 的界面协同作用,实现基于半导体量子点的卓越光氧化还原催化
在过去十年中,基于半导体的光催化已发展成为一种流行的醇氧化方法,以提供相应的羰基化合物或 C-C/C-O 耦合产物。尽管如此,二醇的光催化氧化内酯化到内酯仍然明显滞后,尽管内酯代表了一类具有优异生物活性的环部分。在这项工作中,我们提出了在具有 Ni 装饰 (Ni/CdS/Ti3C2Tx) 的 Ti3C2Tx MXene 支持的 CdS 量子点 (QD) 上,二醇高性能内酯化为内酯和 H2。Ti3C2Tx 充当固定 CdS 的二维平台,以促进载流子的分离和迁移,同时 Ti3C2Tx 的 Cd2+ 限制效应显着延缓了 CdS 的空穴诱导光腐蚀。原子分散的 Ni 物质的独特修饰要么作为 Ni 簇掺入 CdS 中以加速 H2 的析出,要么作为 Ni 单原子锚定在 Ti3C2Tx 上,以实现二醇的高效吸附和环化。优化的 Ni/CdS/Ti3C2Tx 表现出显著增强的内酯合成活性,比空白 CdS 高 80.4 倍,同时具有出色的选择性和高耐用性。 这项工作提出了一个概念性想法,以克服基于半导体的光催化剂中众所周知的光诱导分解的固有缺点,并提供了一种通用且稳健的策略,即利用原子分散的助催化剂作为活性位点,以实现高效和稳健的光氧化还原内酯合成和 H2 析出。