Metallated Isoindigo–Porphyrin Covalent Organic Framework Photocatalyst with a Narrow Band Gap for Efficient CO2 Conversion

材料科学 光催化 卟啉 格式化 光化学 共价键 带隙 催化作用 密度泛函理论 半导体 分子 电子受体 光电子学 有机化学 化学 计算化学
作者
Tina Škorjanc,Dinesh Shetty,Mahmoud Elcheikh Mahmoud,Felipe Gándara,José I. Martínez,Abdul Khayum Mohammed,Sandra Boutros,Areej Merhi,Elissa O. Shehayeb,Christa A. Sharabati,Patrick Damacet,Jésus Raya,Sandra Gardonio,Mohamad Hmadeh,Bilal R. Kaafarani,Ali Trabolsi
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (1): 2015-2022 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acsami.1c20729
摘要

Photocatalytic CO2 reduction into formate (HCOO-) has been widely studied with semiconductor and molecule-based systems, but it is rarely investigated with covalent organic frameworks (COFs). Herein, we report a novel donor-acceptor COF named Co-PI-COF composed of isoindigo and metallated porphyrin subunits that exhibits high catalytic efficiency (∼50 μmol formate g-1 h-1) at low-power visible-light irradiation and in the absence of rare metal cocatalysts. Density functional theory calculations and experimental diffuse-reflectance measurements are used to explain the origin of catalytic efficiency and the particularly low band gap (0.56 eV) in this material. The mechanism of photocatalysis is also studied experimentally and is found to involve electron transfer from the sacrificial agent to the excited Co-PI-COF. The observed high-efficiency conversion could be ascribed to the enhanced CO2 adsorption on the coordinatively unsaturated cobalt centers, the narrow band gap, and the efficient transfer of the charge originating from the postsynthetic metallation. It is anticipated that this study will pave the way toward the design of new simple and efficient catalysts for photocatalytic CO2 reduction into useful products.
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