Mixed-Blocks-Driving Nickel–Porphyrin Covalent Organic Polymers for Photocatalytic Syngas Production from CO2 with Fine Selectivity

合成气 卟啉 噻吩 材料科学 呋喃 选择性 光催化 共价键 量子产额 催化作用 光化学 化学工程 有机化学 化学 荧光 冶金 工程类 物理 量子力学
作者
Panjie Li,Weibin Chen,Yong Yang,Jinyou Shen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (34): 40519-40528 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.3c07609
摘要

CO2 photoconversion to syngas with superb selectivity is a splendid and bright option to achieve environmental improvement, energy substitution, and industrial needs. Herein, a series of Ni-porphyrin covalent organic polymers (COPs) interspersed with furan and thiophene using a mixed-blocks-engineering strategy, named as OXSY-Ni COPs (X and Y refer to the relative amounts of furan and thiophene blocks, respectively), are synthesized for photocatalytic CO2-to-syngas. Ni-coordinated porphyrin cores prefer to act as mediators of CO2-to-CO photoconversion because of the higher adsorption capacity of CO2. Ni-free porphyrins work mainly as active sites of H2 photoevolution. Furthermore, introducing different amounts of furan and thiophene modulates jointly the electronic structure of Ni-porphyrin COPs and optimizes the conduction band alignment. The above controllable variables achieve a wonderful syngas (CO/H2) ratio range from 2:1.06 to 1:1.04 for the Fischer-Tropsch process within common industrial reactions. Notably, the COP of the O1S3-Ni COPs exhibits excellent photocatalytic CO2-to-syngas activity under visible light, with a syngas yield of 8442.5 μmol g-1 h-1 (CO/H2 = 1:1.02) and an apparent quantum efficiency (AQE) of 1.92% at 450 nm. This strategy would provide a significance path to design functional and efficient organic semiconductors.
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