Bipolaronic Motifs Induced Spatially Separated Catalytic Sites for Tunable Syngas Photosynthesis From CO2

亚胺 合成气 材料科学 催化作用 光催化 光化学 有机化学 化学
作者
Chengfeng Zhao,Chao Yang,Ximeng Lv,Shengyao Wang,Cejun Hu,Gengfeng Zheng,Qing Han
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (25): e2401004-e2401004 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adma.202401004
摘要

Abstract Photocatalytic reduction of CO2 into syngas is a promising way to tackle the energy and environmental challenges; however, it remains a challenge to achieve reaction decoupling of CO2 reduction and water splitting. Therefore, efficient production of syngas with a suitable CO/H2 ratio for Fischer–Tropsch synthesis can hardly be achieved. Herein, bipolaronic motifs including Co(II)‐pyridine N motifs and Co(II)‐imine N motifs are rationally designed into a crystalline imine‐linked 1,10‐phenanthroline‐5,6‐dione‐based covalent organic framework (bp‐Co‐COF) with a triazine core. These featured structures with spatially separated active sites exhibit efficient photocatalytic performance toward CO2‐to‐syngas conversion with a suitable CO/H2 ratio (1:1−1:3). The bipolaronic motifs enable a highly separated electron–hole state, whereby the Co(II)‐pyridine N motifs tend to be the active sites for CO2 activation and accelerate the hydrogenation to form *COOH intermediates; whilst, the Co(II)‐imine N motifs increase surface hydrophilicity for H2 evolution. The photocatalytic reductions of CO2 and H2O thus decouple and proceed via a concerted way on the bipolaronic motifs of bp‐Co‐COF. The optimal bp‐Co‐COF photocatalyst achieves a high syngas evolution rate of 15.8 mmol g−1 h−1 with CO/H2 ratio of 1:2, outperforming previously reported COF‐based photocatalysts.
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