Semiconductor/Covalent‐Organic‐Framework Z‐Scheme Heterojunctions for Artificial Photosynthesis

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作者
Mi Zhang,Meng Lu,Zhongling Lang,Jiang Liu,Ming Liu,Jia‐Nan Chang,Le‐Yan Li,Lin‐Jie Shang,Min Wang,Shun‐Li Li,Ya‐Qian Lan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:132 (16): 6562-6568 被引量:94
标识
DOI:10.1002/ange.202000929
摘要

Abstract A strategy to covalently connect crystalline covalent organic frameworks (COFs) with semiconductors to create stable organic–inorganic Z‐scheme heterojunctions for artificial photosynthesis is presented. A series of COF–semiconductor Z‐scheme photocatalysts combining water‐oxidation semiconductors (TiO2, Bi2WO6, and α‐Fe2O3) with CO2 reduction COFs (COF‐316/318) was synthesized and exhibited high photocatalytic CO2‐to‐CO conversion efficiencies (up to 69.67 μmol g−1 h−1), with H2O as the electron donor in the gas–solid CO2 reduction, without additional photosensitizers and sacrificial agents. This is the first report of covalently bonded COF/inorganic‐semiconductor systems utilizing the Z‐scheme applied for artificial photosynthesis. Experiments and calculations confirmed efficient semiconductor‐to‐COF electron transfer by covalent coupling, resulting in electron accumulation in the cyano/pyridine moieties of the COF for CO2 reduction and holes in the semiconductor for H2O oxidation, thus mimicking natural photosynthesis.
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