Solar-driven reforming of lignocellulose to H2 with a CdS/CdOx photocatalyst

Abstract

Lignocellulose is Earth's most abundant form of biomass and its valorisation to H 2 is a key objective for the generation of renewable fuels. Solar-driven photocatalytic reforming of lignocellulose to H 2 at ambient temperature offers a sustainable route towards this goal, but this reaction is currently limited to noble metal containing systems that operate with low activity under UV light. Here, we report the light-driven photoreforming of cellulose, hemicellulose and lignin to H 2 using semiconducting cadmium sulfide quantum dots in alkaline aqueous solution. We show that basic conditions cause these dots to become coated with oxide/hydroxide in situ, presenting a strategy to improve their photocatalytic performance. The system operates under visible light, is stable beyond 6 days and is even able to reform unprocessed lignocellulose, such as wood and paper, under solar irradiation at room temperature, presenting an inexpensive route to drive aqueous proton reduction to H 2 through waste biomass oxidation.

The enduring relevance and academic fascination of catalysis

“…There is an exigent need for novel ways of converting the main component of agricultural and forestry wastes into highly desirable and usable products. This study echoes, in part, an earlier venture by Wakerley et al 5 , who devised an ingenious method for producing hydrogen, also from lignocellulose, using a solar-driven CdS/CdO x photocatalyst.…”

Solar Hydrogen Generation from Lignocellulose

“…Pt/TiO 2 generated 0.026 mmol H 2 g cat À1 h À1 from lignin under UV light (0.6 %E QE). [44] Visible-light driven lignin PR was reported using CdS/CdO x (0.26 mmol H 2 g cat À1 h À1 ) [31] and C,N,S-doped ZnO/ZnS. [45] 4.…”

Sonnengetriebene Wasserstofferzeugung aus Lignocellulose

“…Seine Oxidationsstabilitäte rschwert eine photokatalytische Umsetzung,u nd die bräunli-che Färbung behindert Lichteinfall auf den Katalysator.Unter UV-Licht erzeugt Pt/TiO 2 aus Lignin bis zu 0.026 mmol H 2 g cat À1 h À1 (0.6 %E QE). [44] PR unter sichtbarem Licht ist mçglich mit CdS/CdO x (0.26 mmol H 2 g cat À1 h À1 ) [31] oder C,N,S-dotiertem ZnO/ZnS. [45] 4.…”

“…Die HER ist substratunabhängig und läuft in der Regel an metallischen Cokatalysatoren wie Pt ab.D er Cokatalysator wirkt dabei gleichzeitig als Schottky-Barriere,d ie Rekombination verhindert, und als HER-Katalysator.PRinD 2 Ozeigt, dass der gebildete H 2 dem Lçsungsmittel Wasser entstammt und nicht aus der Biomasse gebildet wird. [11,31] Die BOR ist ein komplexerer,m ehrstufiger, substratabhängiger Prozess.U nterschiedliche Substrate zeigen verschiedene PR-Geschwindigkeiten, je nach ihrer Adsorption an der Oberfläche des Photokatalysators.…”

“…[42] Die erzeugte Glucose kann an Pt/TiO 2 weiter zu Hydroxymethylfurfural photoreformiert werden. [41] Bei der PR von Cellulose mit CdS/CdO x wird eine Anreicherung von Formiat beobachtet, [31] da Ameisensäure langsamer als Cellulose reagiert. Ameisensäure kann durch CdS weiter zu H 2 oder CO photoreformiert werden.…”