Efficient Photocatalytic CO2 Reduction in Ellagic Acid–Based Covalent Organic Frameworks

化学 鞣花酸 光催化 共价键 还原(数学) 有机化学 组合化学 环境化学 催化作用 多酚 几何学 数学 抗氧化剂
作者
Wan Lin,Fu‐Wen Lin,Jing Lin,Zhiwei Xiao,Daqiang Yuan,Yaobing Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (23): 16229-16236 被引量:40
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04185
摘要

Employing covalent organic frameworks (COFs) for the photocatalytic CO2 reduction reaction (CDRR) to generate high-value chemical fuels and mitigate greenhouse gas emissions represents a sustainable catalytic conversion approach. However, achieving superior photocatalytic CDRR performance is hindered by the challenges of low charge separation efficiency, poor stability, and high preparation costs associated with COFs. Herein, in this work, we utilized perfluorinated metallophthalocyanine (MPcF16) and the organic biomolecule compound ellagic acid (EA) as building blocks to actualize functional covalent organic frameworks (COFs) named EPM-COF (M = Co, Ni, Cu). The designed EPCo-COF, featuring cobalt metal active sites, demonstrated an impressive CO production rate and selectivity in the photocatalytic CO2 reduction reaction (CDRR). Moreover, following alkaline treatment (EPCo-COF-AT), the COF exposed carboxylic acid anion (COO–) and hydroxyl group (OH), thereby enhancing the electron-donating capability of EA. This modification achieved a heightened CO production rate of 17.7 mmol g–1 h–1 with an outstanding CO selectivity of 97.8% in efficient photocatalytic CDRR. Theoretical calculations further illustrated that EPCo-COF-AT functionalized with COO– and OH can effectively alleviate the energy barriers involved in the CDRR process, which facilitates the proton-coupled electron transfer processes and enhances the photocatalytic performance on the cobalt active sites within EPCo-COF-AT.
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