利用水作为还原剂的人工光催化CO2还原具有挑战性,主要是因为多个功能单元难以有效协同。基于此,中山大学张杰鹏教授和廖培钦教授(共同通讯作者)等人报道了经典的光敏剂和H2O氧化的联吡啶Ru单元与CO2还原的咪唑Co单元可以使用传统的有机配体咪唑并[4, 5-f][1, 10]-菲咯啉结合到金属有机骨架(MOF)中。
在可见光辐射下,无需额外的牺牲剂和光敏剂,该多功能光催化剂在乙腈/水(CH3CN/H2O)混合溶剂中实现了CO2和H2O向CO和O2的整体转化,具有高达11.2 μmol g-1 h-1的CO产率和近100%的CO选择性。由于其具有中等强CO2吸附能力的超微孔结构,该光催化剂还表现出较高的性能,在纯CO2甚至稀释CO2的气相中CO/CH4产率分别为5.15/0.62和4.26/0.20 μmol g-1 h-1。
光致发光光谱和光电化学测试证实,光敏剂单元和催化单元配合良好,可以提供合适的光催化氧化还原电位和快速的电子-空穴分离。该新型多功能光催化剂具有合适的光催化氧化还原电位、高效的光致电子-空穴分离和CO2吸附能力,在可见光驱动的光催化CO2还原(以H2O作为还原剂)不仅在液相条件下,而且在气相条件下均表现出高性能, 即使是稀释的CO2。
Coupling Ruthenium Bipyridyl and Cobalt Imidazolate Units in a Metal-Organic Framework for an Efficient Photosynthetic Overall Reaction in Diluted CO2. J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c01640.
https://doi.org/10.1021/jacs.2c01640.