本研究报道了一种基于MXene的光催化剂ARTM，它无需电子介体即可再生NADH。在没有电子介体的情况下，ARTM能够在50分钟内实现65%的再生NADH产率，1,4-NADH选择性为90.8%。1,4-NADH的周转频率（TOF）高达0.148h−1，分别是A-TiO2和R-TiO2的74倍和148倍。锐钛矿/金红石TiO2相结（ART-PJ）和TiO2@Ti3C2Tx异质结（TM-HJ）之间的协同作用有助于实现高效的载体分离和NADH再生。酶促测定和HNMR表明，Ti3C2Tx的加入促进了1,4-NADH的高选择性生成。 DFT计算表明这归因于NAD+烟酰胺环的端对端吸附，随后构建了无电子介体的光酶级联催化体系，可有效促进CO2光还原为甲酸盐（594 μmol g−1 h−1）。
 

图 1. (a) 光催化剂制备示意图，(b) 所制备光催化剂的 XRD 图案和 (c) FT-IR 光谱，(d) Ti3C2Tx 组成（红色圆圈）、TiO2 组成（蓝色框）与水热持续时间之间的相关性，(e) TiO2 中锐钛矿相（粉色三角形）、金红石相（绿色四边形）组成与 HCl 浓度之间的相关性。
 
 
图 2. 原始 Ti3C2Tx 和不同光催化剂的 (a) C 1 s、(b) Ti 2p、(c) O 1 s XPS 光谱。
 

图 3. (a) ARTM12、(b) ARTM36、(c) ART72 的 SEM 图像，(d-f) ARTM36 的 TEM 图像，(g) ARTM36 的 HAADF-STEM 图像和 EDX 元素映射。
 
 
图 4. （a）光催化剂的 UV-vis DRS 光谱。（b）ARTM36 和（c）ART72 的 M-S 图。（d）光电流响应（I-t）、（e）电化学阻抗（EIS）、（f）开路电压衰减（OCVD）、（g）平均载流子寿命（）、（h）光致发光激发（PL）光谱和（i）不同光催化剂的时间分辨荧光光谱。
 
 
图 5. (a) 以EDTA-2Na为电子供体且含有[Cp*Rh]的光催化剂的NADH产量，(b) 不同电子供体下光再生NADH的产量，(c) 以EDTA-2Na为电子供体且不含[Cp*Rh]的光催化剂的NADH产量，(d) 1,4-NADH的区域选择性，(e, f) 源自ARTM36和ART72的反应混合物的1H NMR光谱，(g) 不含[Cp*Rh]的光催化剂的NADH和1,4-NADH的TOF。NAD+在(h) TiO2和(i) TiO2@Ti3C2Tx (T=-OH)上的吸附构型。(j) NAD+在TiO2和TiO2@Ti3C2Tx (T=-OH)上的计算吸附能。
 
 
图 6. 不同光催化剂（a-c）含 [Cp*Rh] 和（d-f）不含 [Cp*Rh] 的甲酸盐产量、甲酸盐生产速率和 TOF。
 

图 7. （a）不含 [Cp*Rh] 时 Ti3C2Tx 组成与 1,4-NADH 选择性之间的相关性。不含 [Cp*Rh] 的光催化剂的 Ti3C2Tx 组成、锐钛矿相、（b）1,4-NADH 生成速率和（c）甲酸盐生成速率之间的相关性。（d）光酶催化级联系统对 ARTM 光催化剂的可能机制。
 
      相关科研成果由五邑大学Chao Peng等人于2024年发表在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
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124257

转自《石墨烯研究》公众号