Cobalt-based Polymerized Porphyrinic Network for Visible-light-driven CO2 Reduction

材料科学 可见光谱 还原(数学) 聚合 纳米技术 光化学 光电子学 化学工程 聚合物 复合材料 冶金 几何学 数学 工程类 化学
作者
Guo‐Wei Guan,Su‐Tao Zheng,Shuang Ni,Shanshan Wang,Heping Ma,Xiangyu Liu,Xiaomeng Peng,Jian Wang,Qing‐Yuan Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (25): 32271-32281 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04487
摘要

Visible-light-driven conversion of carbon dioxide to valuable compounds and fuels is an important but challenging task due to the inherent stability of the CO2 molecules. Herein, we report a series of cobalt-based polymerized porphyrinic network (PPN) photocatalysts for CO2 reduction with high activity. The introduction of organic groups results in the addition of more conjugated electrons to the networks, thereby altering the molecular orbital levels within the networks. This integration of functional groups effectively adjusts the levels of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) and the highest occupied molecular orbital (HOMO). The PPN(Co)-NO2 exhibits outstanding performance, with a CO evolution rate of 12 268 μmol/g/h and 85.8% selectivity, surpassing most similar photocatalyst systems. The performance of PPN(Co)-NO2 is also excellent in terms of apparent quantum yield (AQY) for CO production (5.7% at 420 nm). Density functional theory (DFT) calculations, time-resolved photoluminescence (TRPL), and electrochemical tests reveal that the introduction of methyl and nitro groups leads to a narrower energy gap, facilitating a faster charge transfer. The coupling reaction in this study enables the formation of stable C-C bonds, enhancing the structural regulation, active site diversity, and stability of the catalysts for photocatalytic CO2 reduction. This work offers a facile strategy to develop reliable catalysts for efficient CO2 conversion.
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