壳聚糖包裹CdSe量子点组装体的水相可见光催化CO2还原

doi:10.7503/cjcu20220192

摘要/Abstract

摘要：

通过壳聚糖(chitosan)中的氨基与MPA-CdSe(MPA=3-巯基丙酸)量子点(QDs)表面Cd²⁺的配位作用, 构建了MPA-CdSe@chitosan组装体. 壳聚糖中丰富的氨基和疏水结构为量子点提供了富CO₂及疏水的微环境, 从而提升了水相光催化CO₂还原效率和选择性. 光催化实验结果表明, 在以抗坏血酸钠(NaHA)为电子牺牲体的条件下, MPA-CdSe@chitosan组装体在水中可将CO₂光催化还原为CO, CO的生成效率和选择性分别比不含壳聚糖的MPA-CdSe QDs体系提升169倍和8.6倍. 用组装体系光催化60 h后, CO的生成效率为73.6 mmol/g(基于量子点质量), 对应的选择性达到51.0%, 具有良好的稳定性.

关键词: 光催化, CO₂还原, 组装体, CdSe量子点, 壳聚糖

Abstract:

MPA-CdSe@chitosan assemblies were constructed through the coordination of amino groups in chitosan to the surface Cd²⁺ of CdSe quantum dots（QDs）. In MPA-CdSe@chitosan assemblies， chitosan with abundant amino groups and hydrophobic polymeric structure provides a CO₂-rich and hydrophobic micro-environment for QDs， thereby promoting the efficiency and selectivity of photocatalytic CO₂-to-CO conversion in an aqueous solution. The photocatalytic CO formation efficiency and selectivity of the MPA-CdSe@chitosan assemblies are 169 times and 8.6 times higher， respectively， than those of MPA-CdSe QDs system without chitosan. The MPA-CdSe@chitosan assemblies exhibited good stability of producing CO with an efficiency of 73.6 mmol/g（based on QDs’ mass） and a selectivity of 51.0% after 60 h of photocatalysis.

Key words: Photocatalysis, CO₂ reduction, Assembly, CdSe quantum dots, Chitosan

中图分类号:

O644.1

TrendMD:

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图/表 12

Fig.1 Comparison of MPA?CdSe QDs aqueoussolution before and after adding chitosan

Fig.2 TEM images of MPA?CdSe QDs(A) and MPA?CdSe@chitosan assemblies(B)Inset in (A): crystal lattice stripes of MPA?CdSe QDs.

Fig.3 XRD patterns(A) and FTIR spectra(B) of MPA?CdSe(a), chitosan(b) and MPA?CdSe@chitosan assemblies after different irradiated time(c—e)Irradiation time/h: c. 5; d. 10; e. 60.

Fig.4 XPS of Cd3d of MPA?CdSe QDs(A), N1s of chitosan(B), Cd3d and N1s of MPA?CdSe@chitosan assemblies(C)

Fig.5 Effect of pH on photocatalytic CO2 reduction[NaHA]=20.0 mmol/L, H2O as the solvent, Vsolution=5.0 mL, LED light source, λmax=450 nm, 13 h irradiation, and the pH of the solution was adjusted with 1.0 mol/L HCl aqueous) and 1.0 mol/L NaOH aqueous. (A) MPA?CdSe@chitosan assemblies, [MPA?CdSe]=0.1 mg/mL, [chitosan]=1.0 mg/mL; (B) MPA?CdSe QDs, [MPA?CdSe]=0.1 mg/mL.

Fig.6 Effect of chitosan concentration on efficiency and selectivity of photocatalytic CO2 reduction(A) and DRS of chitosan(B)(A) [MPA?CdSe]=0.1 mg/mL, [NaHA]=20.0 mmol/L, H2O as the solvent, Vsolution=5.0 mL, pH=8.0, LED light source, λmax=450 nm, 13 h irradiation.

Fig.7 Duration experiment of photocatalytic CO2 reduction by MPA?CdSe@chitosan assemblies[MPA?CdSe]=0.1 mg/mL, [chitosan]=1.0 mg/mL, [NaHA]=20.0 mmol/L, H2O as the solvent, Vsolution=5.0 mL, pH=8.0, LED light source, λmax=450 nm.

Fig.8 XPS of Cd3d and N1s in MPA?CdSe@chitosan assemblies after photocatalysis

Fig.9 TEM images of MPA?CdSe@chitosan assemblies after 5 h(A) and 60 h irradiation(B)Insets: crystal lattice stripes of CdSe QDs.

Fig.10 Tauc curves of MPA?CdSe QDs with different irradiated timeIrradiation time/h：（A） 0；（B） 5；（C） 10；（D） 60.

Fig.11 Effect of different additives of MPA?CdSe QDs on photocatalytic CO2 reduction(A) and photograph of MPA?CdSe@chitosan assemblies after 13 h irradiation(B)[MPA?CdSe]=0.1 mg/mL, [NaHA]=20.0 mmol/L, H2O as the solvent, Vsolution=5.0 mL, LED light source, λmax=450 nm, 13 h irradiation. (A) a. chitosan(1.0 mg/mL); b. cellulose(1.0 mg/mL); c. glucosamine(1.0 mg/mL); d. blank.

Fig.12 Effect of chitosan on CO2 solubility in H2O

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壳聚糖包裹CdSe量子点组装体的水相可见光催化CO₂还原

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