本研究報道了一種基于MXene的光催化劑ARTM，它無需電子介體即可再生NADH。在沒有電子介體的情況下，ARTM能夠在50分鐘內(nèi)實現(xiàn)65%的再生NADH產(chǎn)率，1,4-NADH選擇性為90.8%。1,4-NADH的周轉(zhuǎn)頻率（TOF）高達0.148h−1，分別是A-TiO2和R-TiO2的74倍和148倍。銳鈦礦/金紅石TiO2相結(jié)（ART-PJ）和TiO2@Ti3C2Tx異質(zhì)結(jié)（TM-HJ）之間的協(xié)同作用有助于實現(xiàn)高效的載體分離和NADH再生。酶促測定和HNMR表明，Ti3C2Tx的加入促進了1,4-NADH的高選擇性生成。 DFT計算表明這歸因于NAD+煙酰胺環(huán)的端對端吸附，隨后構(gòu)建了無電子介體的光酶級聯(lián)催化體系，可有效促進CO2光還原為甲酸鹽（594 μmol g−1 h−1）。
圖 1. (a) 光催化劑制備示意圖，(b) 所制備光催化劑的 XRD 圖案和 (c) FT-IR 光譜，(d) Ti3C2Tx 組成（紅色圓圈）、TiO2 組成（藍色框）與水熱持續(xù)時間之間的相關(guān)性，(e) TiO2 中銳鈦礦相（粉色三角形）、金紅石相（綠色四邊形）組成與 HCl 濃度之間的相關(guān)性。
圖 2. 原始 Ti3C2Tx 和不同光催化劑的 (a) C 1 s、(b) Ti 2p、(c) O 1 s XPS 光譜。
圖 3. (a) ARTM12、(b) ARTM36、(c) ART72 的 SEM 圖像，(d-f) ARTM36 的 TEM 圖像，(g) ARTM36 的 HAADF-STEM 圖像和 EDX 元素映射。
圖 4. （a）光催化劑的 UV-vis DRS 光譜。（b）ARTM36 和（c）ART72 的 M-S 圖。（d）光電流響應(yīng)（I-t）、（e）電化學(xué)阻抗（EIS）、（f）開路電壓衰減（OCVD）、（g）平均載流子壽命（）、（h）光致發(fā)光激發(fā)（PL）光譜和（i）不同光催化劑的時間分辨熒光光譜。
圖 5. (a) 以EDTA-2Na為電子供體且含有[Cp*Rh]的光催化劑的NADH產(chǎn)量，(b) 不同電子供體下光再生NADH的產(chǎn)量，(c) 以EDTA-2Na為電子供體且不含[Cp*Rh]的光催化劑的NADH產(chǎn)量，(d) 1,4-NADH的區(qū)域選擇性，(e, f) 源自ARTM36和ART72的反應(yīng)混合物的1H NMR光譜，(g) 不含[Cp*Rh]的光催化劑的NADH和1,4-NADH的TOF。NAD+在(h) TiO2和(i) TiO2@Ti3C2Tx (T=-OH)上的吸附構(gòu)型。(j) NAD+在TiO2和TiO2@Ti3C2Tx (T=-OH)上的計算吸附能。
圖 6. 不同光催化劑（a-c）含 [Cp*Rh] 和（d-f）不含 [Cp*Rh] 的甲酸鹽產(chǎn)量、甲酸鹽生產(chǎn)速率和 TOF。
圖 7. （a）不含 [Cp*Rh] 時 Ti3C2Tx 組成與 1,4-NADH 選擇性之間的相關(guān)性。不含 [Cp*Rh] 的光催化劑的 Ti3C2Tx 組成、銳鈦礦相、（b）1,4-NADH 生成速率和（c）甲酸鹽生成速率之間的相關(guān)性。（d）光酶催化級聯(lián)系統(tǒng)對 ARTM 光催化劑的可能機制。
相關(guān)科研成果由五邑大學(xué)Chao Peng等人于2024年發(fā)表在Applied Catalysis B: Environment and Energy（https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124257）上。原文：Engineering MXene-based photocatalyst for efficient NADH regeneration and photoenzymatic CO2 reduction without electron mediator
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124257
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
