Multivariate Tuning of Photosensitization in Mixed-Linker Metal–Organic Frameworks for Efficient CO2 Reduction

化学 连接器 三苯胺 催化作用 金属 卟啉 光催化 吩噻嗪 金属有机骨架 光化学 组合化学 有机化学 物理化学 吸附 药理学 操作系统 医学 计算机科学
作者
Ya Yin,Shijia Feng,Xinyu Xu,Yifan Liu,Youcong Li,Lei Gao,Xiao‐Cheng Zhou,Jiahao Dong,Yulun Wu,Jian Su,Jing‐Lin Zuo,Shuai Yuan,Jia Zhu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (19): 16481-16493 被引量:29
标识
DOI:10.1021/jacs.5c02940
摘要

Photosensitization is a powerful approach for enhancing the photocatalyst performance by improving light absorption, energy transfer, and charge separation. However, achieving high efficiency requires precise control over photosensitizers, catalytic centers, and their interactions, which remain challenging in heterogeneous systems. Herein, we develop multivariate zirconium metal-organic frameworks (MOFs) with mixing linkers and tunable defects that enable unprecedented control over photosensitizers, catalytic centers, and their ratios, creating an efficient platform for CO2 reduction. These MOFs integrate triphenylamine, phenoxazine, or phenothiazine-based linkers as photosensitizers and metal porphyrin linkers (metal = Fe, Co, Ni, and Zn) as CO2 reduction catalytic centers. Furthermore, the defect tolerance of robust Zr6 nodes allows for a systematic variation in linker ratios by introducing missing linker defects. By fine-tuning the photosensitizers, catalytic metal centers, and their ratios, we achieved an optimized photocatalyst with CO2-to-CO reduction rates of 247.8 μmol gcat.-1 h-1, representing a 17-fold enhancement over homogeneous analogues. Transient spectra and density functional theory calculations reveal the critical role of the framework structure in promoting efficient intrareticular energy transfer and charge separation. This study highlights the unique advantage of MOF platforms in the multivariate tuning of photocatalysts, paving the way for advanced artificial photosynthetic systems.
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