Tailored Metalloporphyrin-Based Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks for Enhanced Photocatalytic CO 2 Reduction

化学 光催化 共价键 催化作用 合理设计 纳米技术 化学工程 可持续能源 有机合成 还原(数学) 金属有机骨架 设计要素和原则 共价有机骨架 能量转换 氧化还原 低能
作者
Mengting He,Y. Andrew Wang,Yuan Ma,Lei Li,Na Yang,Ziqiu Ye,Xu Zhou,Yuanpeng Cheng,Youqi Zhang,Bo Gui,Lei Gao,Xu-Bing Li,Junliang Sun,L F Wu,C. Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (2): 2511-2518 被引量:20
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17816
摘要

The development of efficient photocatalysts for CO2 reduction is essential for addressing climate and energy issues. Three-dimensional covalent organic frameworks (3D COFs) have emerged as potential candidates; however, challenges in their synthesis and structural analysis have hindered the rational design of high-performance photocatalysts. Here, we report the design and synthesis of a series of highly crystalline metalloporphyrin-based 3D COFs (3D-MPor-COF, M = Co, Ni, Pt) featuring 5-fold pts topology. Photocatalytic experiments reveal that the metal center significantly affects their activity, with 3D-CoPor-COF achieving a CO production rate of ∼11.3 mmol g–1 h–1 and 91.9% selectivity. Further optimization through pore enlargement yields isoreticular 3D-CoPor-Ph-COF, which exhibits a substantially enhanced rate of ∼20.7 mmol g–1 h–1 and 95.4% selectivity. These results highlight the critical role of tailoring pore environments─including both catalytic site identity and pore size─to optimize 3D COFs for photocatalytic CO2 reduction, offering molecular-level insights for the development of COF-based photocatalysts in sustainable energy applications.
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