Dislocated Bilayer MOF Enables High‐Selectivity Photocatalytic Reduction of CO2 to CO

材料科学 双层 卟啉 光催化 选择性 密度泛函理论 单层 分子 合理设计 光化学 金属有机骨架 化学工程 纳米技术 催化作用 有机化学 计算化学 化学 工程类 吸附 生物化学
作者
Jia Liang,Hao Yu,Junjuan Shi,Bao Li,Lixin Wu,Ming Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (10) 被引量:68
标识
DOI:10.1002/adma.202209814
摘要

The highly selective photoreduction of CO2 into valuable small-molecule chemical feedstocks such as CO is an effective strategy for addressing the energy crisis and environmental problems. However, it remains a challenge because the complex CO2 photoreduction process usually generates multiple possible products and requires a subsequent separation step. In this paper, 2D monolayer and bilayer porphyrin-based metal-organic frameworks (MOFs) are successfully constructed by adjusting the reaction temperature and solvent polarity with 5,10,15,20-tetrakis(4-pyridyl)porphyrin as the light-harvesting ligand. The bilayer MOF is a low-dimensional MOF with a special structure in which the upper and lower layers are arranged in dislocation and are bridged by halogen ions. This bilayer MOF exhibits 100% ultra-high selectivity for the reduction of CO2 to CO under simulated sunlight without any cocatalyst or photosensitizer and can be recycled at least three times. The intrinsic mechanism of this photocatalytic CO2 reduction process is explored through experimental characterization and density functional theory (DFT) calculations. This work shows that the rational design of the number of layers in 2D MOF structures can tune the stability of these structures and opens a new avenue for the design of highly selective MOF photocatalysts.
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