CuS‐Cobalt Porphyrin Organic–Inorganic Heterojunction with a Long‐Lived Charge‐Separated State for Efficient CO 2 ‐to‐CH 4 Conversion under Infrared Light

材料科学 异质结 卟啉 密度泛函理论 红外线的 光电子学 载流子 飞秒 吸收(声学) 选择性 光化学 半导体 电场 超快激光光谱学 同步辐射 吸收光谱法 合理设计 可见光谱 联轴节(管道) 分子工程 聚合物太阳能电池 同步加速器 红外光谱学 光催化 固态 能量转换效率 纳米技术 纳米材料 动力学
作者
Chenxi Tang,Gao Y,Bin Zhou,Xi Zhang,Zha Yang,S S Lu,Jinfeng Han,Y A Zheng,Yue Wang,Wenzhe Si,Junhua Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e74166-e74166
标识
DOI:10.1002/adma.74166
摘要

ABSTRACT Harnessing infrared (IR) light for the selective reduction of CO 2 remains a significant challenge due to sluggish kinetics and poor carrier dynamics. In this research, a novel organic–inorganic hybrid heterojunction was designed consisting of HKUST‐1‐derived CuS and cobalt porphyrin (CoTPPS), which achieves an exceptional CH 4 generation (178.02 µmol g − 1 h − 1 ) and 96.5% CH 4 selectivity under IR irradiation. Femtosecond transient absorption spectra and synchrotron radiation measurements show that strong interfacial electronic coupling enables a significant charge transfer, creating a robust internal electric field which greatly increases carrier lifetimes (170‐fold). Density functional theory (DFT) calculations further elucidate how the heterojunction lowers the rate‐determining *COOH formation barrier (from 1.43 to 1.07 eV) and stabilizes the critical *CHO intermediate. This effectively steers the eight‐electron pathway towards CH 4 while suppressing CO desorption. The synergy between the porous MOFs‐derived scaffold and the molecular active center provides a versatile paradigm for engineering IR‐responsive photocatalysts with precise intermediate regulation. This work promotes the rational design of hybrid materials for efficient solar‐to‐fuel conversion.
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