3D N-heterocyclic covalent organic frameworks for urea photosynthesis from NH3 and CO2

吡嗪 尿素 共价键 四嗪 光合作用 催化作用 密度泛函理论 化学 吸附 光化学 人工光合作用 材料科学 光催化 有机化学 计算化学 生物化学
作者
Ning Li,Jiale Zhang,Xiangdong Xie,Kang Wang,Dongdong Qi,Jiang Liu,Ya‐Qian Lan,Jianzhuang Jiang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-025-56307-w
摘要

Abstract Artificial photosynthesis of urea from NH 3 and CO 2 seems to remain still essentially unexplored. Herein, three isomorphic three-dimensional covalent organic frameworks with twofold interpenetrated ffc topology are functionalized by benzene, pyrazine, and tetrazine active moieties, respectively. A series of experiment results disclose the gradually enhanced conductivity, light-harvesting capacity, photogenerated carrier separation efficiency, and co-adsorption capacity towards NH 3 and CO 2 in the order of benzene-, pyrazine-, and tetrazine-containing framework. This in turn endows tetrazine-containing framework with superior photocatalytic activity towards urea production from NH 3 and CO 2 with the yield of 523 μmol g −1 h −1 , 40 and 4 times higher than that for benzene- and pyrazine-containing framework, respectively, indicating the heterocyclic N microenvironment-dependent catalytic performance for these three photocatalysts. This is further confirmed by in-situ spectroscopic characterization and density functional theory calculations. This work lays a way towards sustainable photosynthesis of urea.
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