Rational engineering of triazine-benzene linked covalent-organic frameworks for efficient CO2 photoreduction

三嗪 亚胺 共价键 共轭体系 密度泛函理论 光化学 光催化 化学 材料科学 合理设计 组合化学 计算化学 高分子化学 纳米技术 有机化学 聚合物 催化作用
作者
Yanghe Fu,Yijing Gao,Huilin Jia,Yuncai Zhao,Yan Feng,Weidong Zhu,Fu‐Min Zhang,Morris D. Argyle,Maohong Fan
出处
期刊:Green Energy & Environment [Elsevier]
标识
DOI:10.1016/j.gee.2024.07.002
摘要

Three large π-conjugated and imine-based COFs, named TFP-TAB, TFP-TTA, and TTA-TTB, were synthesized via the ordered incorporation of benzene and triazine rings in the same host framework to study how the structural units affect the efficiency of CO2 photoreduction. Results from both experiments and density-functional theory (DFT) calculations indicate the separation and transfer of the photoinduced charges is highly related to the triazine-N content and the conjugation degree in the skeletons of COFs. High-efficiency CO2 photoreduction can be achieved by rationally adjusting the number and position of both benzene and triazine rings in the COFs. Specifically, TTA-TTB, with orderly interlaced triazine-benzene heterojunctions, can suppress the recombination probability of electrons and holes, which effectively immobilizes the key species (COOH) and lowers the free energy change of the potential-determining step, and thus exhibits a superior visible-light-induced photocatalytic activity that yields 121.7 μmol HCOOH g−1 h−1. This research, therefore, helps to elucidate the effects of the different structural blocks in COFs on inherent heterogeneous photocatalysis for CO2 reduction at a molecular level.
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