Boosting CO 2 photoreduction by π–π-induced preassembly between a Cu(I) sensitizer and a pyrene-appended Co(II) catalyst

光化学 催化作用 电子转移 光敏剂 光催化 化学 量子产额 分子间力 荧光 选择性 分子 有机化学 物理 量子力学
作者
Jia‐Wei Wang,Zizi Li,Zhi‐Mei Luo,Yanjun Huang,Fan Ma,Stephan Kupfer,Gangfeng Ouyang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (13) 被引量:25
标识
DOI:10.1073/pnas.2221219120
摘要

The design of a highly efficient system for CO 2 photoreduction fully based on earth-abundant elements presents a challenge, which may be overcome by installing suitable interactions between photosensitizer and catalyst to expedite the intermolecular electron transfer. Herein, we have designed a pyrene-decorated Cu(I) complex with a rare dual emission behavior, aiming at additional π-interaction with a pyrene-appended Co(II) catalyst for visible light–driven CO 2 -to-CO conversion. The results of 1 H NMR titration, time-resolved fluorescence/absorption spectroscopies, quantum chemical simulations, and photocatalytic experiments clearly demonstrate that the dynamic π–π interaction between sensitizer and catalyst is highly advantageous in photocatalysis by accelerating the intermolecular electron transfer rate up to 6.9 × 10 5 s −1 , thus achieving a notable apparent quantum yield of 19% at 425 nm with near-unity selectivity. While comparable to most earth-abundant molecular systems, this value is over three times of the pyrene-free system (6.0%) and far surpassing the benchmarking Ru(II) tris(bipyridine) (0.3%) and Ir(III) tris(2-phenylpyridine) (1.4%) photosensitizers under parallel conditions.

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