Piezoelectrically Enhanced Charge Carriers Transfer in a Highly Conjugated Nickel(II)-Acetylide Framework for Photocatalytic CO2 Reduction

化学 乙酰化物 共轭体系 还原(数学) 光催化 光化学 电荷(物理) 载流子 光电子学 有机化学 催化作用 聚合物 物理 几何学 数学 量子力学
作者
Mude Zhu,Hua Su,Fangzhou Yang,Yingying Qin,Ferdinand Hui,Runzhe Zhang,Jianxin Geng,Kai Wang,Xiaoyun Fan,Wai‐Yeung Wong,Linli Xu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c08037
摘要

The piezoelectric field within two-dimensional (2D) piezo-photocatalysts offers a promising strategy for enhancing charge carrier kinetics to convert CO2 into valuable chemicals. However, the diversity of available 2D piezo-photocatalysts remains limited. Here, we present a highly conjugated NiII-acetylide framework (HETP-Ni-GY) featuring triangular atomic pores arranged in a hexagonal symmetry, constructed by incorporating NiII-complex into the graphdiyne (GDY) framework via NiII-bis(acetylide) linkages (-C≡C-Ni(PEt3)2-C≡C-). The triangular topology induces a densely packed yet ordered π-structure that facilitates efficient electron transfer. The synergistic interplay of light and piezoelectric field in the HETP-Ni-GY/triethanolamine (TEOA) catalytic system enables the efficient production of CO (129.80 μmol g-1 h-1) and CH4 (10.08 μmol g-1 h-1), with a total selectivity of 78.44%. Experimental and theoretical studies reveal that the NiII-(PEt3)2 units within the framework significantly enhance piezoelectric polarization (e11 = 2.46 × 10-10 C m-2, d33 = 4.91 pm V-1) due to increased structural distortion and noncentrosymmetry, facilitating the conversion of CO2. The triphenylene π-columns function as electron reservoirs, while NiII-bis(acetylide) blocks serve as CO2 capture and activation centers through π-d-π interactions. This study provides fundamental insights into the functionality of low-cost metal-acetylide frameworks and offers guidance for the rational design of efficient 2D piezocatalysts.
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