Co-porphyrin/Ru-pincer complex coupled polymer with Z-scheme molecular junctions and dual single-atom sites for visible light-responsive CO2 reduction

卟啉 钳子运动 单体 光催化 聚合物 轨道能级差 共价键 光化学 化学 吡啶 材料科学 分子 催化作用 有机化学
作者
Shengtao Chen,Panting Kong,Huan Niu,Haoran Liu,Xiting Wang,Jing Zhang,Renjie Li,Yuzheng Guo,Tianyou Peng
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:431: 133357-133357 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133357
摘要

Covalent organic polymer has been considered as the promising organic semiconductor for the photocatalytic CO2 reduction reaction (CO2RR) due to its unique features such as adjustable framework, durable stability and feasible bandgap energy, et al. Herein, we report a novel CoII-porphyrin/RuII-pincer complex coupled polymer (CoPor-RuN3), which exhibits efficient visible light-responsive CO2RR activity with the average CO/CH4 yields of 37.1/1.57 μmol g-1h−1 and a total photoactivity of 86.8 μmol g-1h−1, 25.5 and 4.5 times that of the CoPor and RuN3 monomers, respectively. It is found that the two metal centers (Co/Ru) and the conjugated framework of the polymer are essential for efficient CO2RR. A series of in-situ characterizations prove that periodic Z-scheme molecular junctions are formed by the linkage of amide group in the CoPor-RuN3 polymer to facilitatie the photogenerated electron transfer from CoPor units to RuN3 ones, in which Ru and Co serve as the reduction and oxidative single-atom sites, respectively. Moreover, the wavelet transform plots of X-ray absorption spectra of Ru K-edge shows that two CH3CN ligands are easily dissociated from the Ru center during the photocatalytic process, leaving empty sites for the adsorption of CO2. Based on the experimental observations and theoretical calculations, a plausible photocatalytic CO2 reduction mechanism involving a pincer-typed N′NN′-Ru-CO intermediate (N′NN′ = 2,6-bis(benzimidazol-2-yl)pyridine) as the real reduction center is clarified. This work gives a new thread for exploring broadband-responsive covalent organic polymers with uniformly dispersed single-atom catalytic sites for CO2 photoreduction.
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