Porphyrin-Triazine Covalent Organic Framework with Periodic Z -Scheme Molecular Junctions for Visible-Light-Driven CO 2 Reduction

化学 共价键 共价有机骨架 光催化 氧化还原 电子转移 连接器 还原(数学) 动力学 产量(工程) 光化学 电荷(物理) 分子 化学工程 催化作用 纳米技术 化学物理 金属有机骨架 电子 光诱导电子转移 组合化学 多相催化 可逆反应 计算化学 反应条件 氧化还原
作者
Feihu Xi,Qian Wang,Mengfan Xie,X.H. Li,Chaoying Liu,Jing Zhang,Yuexing Zhang,Renjie Li,Tianyou Peng
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:65 (15): 8684-8696
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.6c00663
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) have attracted growing attention as tunable, stable, and highly designable photocatalysts for CO2 reduction reactions (CO2RR). Metalloporphyrins, recognized for their superior photophysical properties and well-defined M-N4 sites, are widely employed in photocatalysis systems. In this work, two imine-linked porphyrin-based COFs, denoted as CoPor-Tz and CoPor-Bz, were constructed by integrating cobalt(II) 5,15-bis(4-aminophenyl)-10,20-diphenylporphyrin (CoPor) with either 2,4,6-tris(4-formylphenyl)-1,3,5-triazine (Tz) or 1,3,5-tris(4-formylphenyl)benzene (Bz). The electron-deficient Tz linker creates a microenvironment in CoPor-Tz COF that promotes more efficient oxidative half-reactions and charge separation compared with CoPor-Bz COF. Periodic Z-scheme molecular junctions are established between the CoPor and Tz units, enabling directional electron transfer from Tz to the Co centers, where CO2 activation and reduction occur. Under visible-light (λ ≥ 420 nm) irradiation, CoPor-Tz COF exhibits a remarkable CO yield of 12,909 μmol g–1 h–1, which is 2.2 times higher than that of CoPor-Bz COF (5638 μmol g–1 h–1). Experimental and theoretical studies reveal that the enhanced CO2RR activity of the CoPor-Tz COF originates from its superior electron transfer efficiency, stronger CO2 adsorption/activation capability, and accelerated interfacial redox kinetics compared to the CoPor-Bz COF. This study provides mechanistic insight into periodic molecular junction engineering within COFs, highlighting an effective strategy for constructing highly efficient photocatalytic CO2RR systems.
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