Regulating local charge distribution of single Ni sites in covalent organic frameworks for enhanced photocatalytic CO2 reduction

光催化 还原(数学) 共价键 共价有机骨架 化学 金属有机骨架 电荷(物理) 化学工程 光化学 材料科学 催化作用 有机化学 吸附 物理 工程类 几何学 数学 量子力学
作者
Yize Zhang,Y L Liu,Hangshuai Li,Guoyi Bai,Xingwang Lan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:: 151479-151479
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.151479
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) engineered by single-atom sites have attracted significant attention for CO2 photoreduction. However, precisely manipulating the chemical environment of active sites on the COFs is a grand challenge. Herein, we synthesized a series of isostructural COFs for photocatalytic CO2 reduction, where the strong coordination conformation guides atomically dispersed metal sites to chelate spontaneously in the predesigned imine-pyridine position of COFs. Experimental and theoretical results revealed the crucial influence of the single-Ni site engineering and electronic structures of COF configuration on improving extended π-conjugation, exciton dissociation, charge separation efficiency, and charge carrier migration. Benefiting from the synergistic effect, the optimal Ni-TAPT-COF exhibited a record-high CO production rate of 25.5 mmol g−1h−1 and a selectivity of 98.8 %, even natural-sunlight-driven diluted CO2 (10 %). This work paves the way for the rational design of high-performance COF-based photocatalysts at the molecular level, highlighting their practical potential for CO2 photoreduction.
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