Pore-Confined π-Chromophoric Tetracene as a Visible Light Harvester toward MOF-Based Photocatalytic CO2 Reduction in Water

化学 光化学 光催化 四烯 电子转移 电子顺磁共振 可见光谱 分子 人工光合作用 量子产额 催化作用 光降解 有机化学 荧光 光电子学 物理 核磁共振 量子力学
作者
Sneha Raj V. Parambil,Faruk Ahamed Rahimi,Rajib Ghosh,Sukhendu Nath,Tapas Kumar Maji
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (47): 19312-19322 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c02926
摘要

Integrating photoactive π-chromophoric guest molecules inside the MOF nanopore can result in the emergence of light-responsive features, which in turn can be utilized for developing photoactive materials with inherent properties of MOF. Herein, we report the confining of π-chromophoric tetracene (TET) molecules inside the nanospace of postmodified Zr-MOF-808 (Zr-MOF) with MBA molecules (MBA = 2-(5′-methyl-[2,2′-bipyridine]-5-yl)acetic acid) for effectively utilizing its light-harvesting properties toward photocatalytic CO2 reduction. The confinement of the TET molecules as a photosensitizer and the covalent grafting of a catalytically active [Re(MBA)(CO)3Cl] complex, postsynthetically, result in a single integrated catalytic system named Zr-MBA-TET-Re-MOF. Photoreduction of CO2 over Zr-MBA-TET-Re-MOF showed the evolution of 805 μmol g–1 CO with 99.9% selectivity after 10 h of continuous visible light irradiation in water without any additional sacrificial electron donor and having the apparent quantum efficiency of 1.3%. In addition, the catalyst demonstrated an appreciable activity even under direct sunlight irradiation in aqueous medium with a maximum production of 362.7 μmol g–1 CO, thereby mimicking artificial photosynthesis. Moreover, electron transfer from TET to the catalytic center was supported by the formation of photoinduced TET radical cation, as inferred from in situ UV–vis spectra, electron paramagnetic resonance (EPR) analysis, and transient absorption (TA) studies. Additionally, the in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform (DRIFT) measurements support that the photoreduction of CO2 to CO proceeds via *COOH intermediate formation. The close proximity of the light-harvesting molecule and catalytic center facilitated facile electron transfer from the photosensitizer to the catalyst during the CO2 reduction.
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