Design and synthesis of metal-free ethene-based covalent organic framework photocatalysts for efficient, selective, and long-term stable CO2 conversion into methane

光催化 催化作用 甲烷 共价键 碳氢化合物 化学 选择性 一氧化碳 光化学 金属 产量(工程) 量子产额 材料科学 有机化学 荧光 物理 冶金 量子力学
作者
Ahmed F. M. EL‐Mahdy,Hossam A.E. Omr,Zeid A. ALOthman,Hyeonseok Lee
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:633: 775-785 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.11.098
摘要

The efficient and selective photocatalytic CO2 conversion into higher-valued hydrocarbon products (e.g., methane and ethane) over covalent organic frameworks (COFs) remains a challenge, with all previously reported attempts producing carbon monoxide as the dominant product. Herein, we report a new ethene-based COF, through polycondensation of electron-rich (E)-1,2‑diphenylethene and 1,3,6,8‑tetraphenylpyrene units. The synthesized ethene-based COF functioned as an efficient metal-free photocatalyst for the conversion of CO2 into methane under visible light irradiation, with a selectivity of 100 %, a production rate of 14.7 µmol g-1h-1, and an apparent quantum yield of c.a. 0.99 % at 489.5 nm, which are the most promising values reported for CO2 conversion by a metal-free COF photocatalyst, without any support from a co-catalyst. The carbon origin of CH4 product is confirmed by isotope tracer 13CO2 experiment. Moreover, the photocatalytic system consistently produces methane for > 14 h with recyclability.
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