Integrating Dual-Metal Sites into Covalent Organic Frameworks for Enhanced Photocatalytic CO 2 Reduction

光催化 共价键 选择性 吸附 材料科学 金属 共价有机骨架 解吸 纳米技术 金属化 化学工程 催化作用 化学 光化学 有机化学 工程类
作者
Juan Wang,Wanbo Zhu,Fanyu Meng,Guoyi Bai,Qianfan Zhang,Xingwang Lan
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (7): 4316-4329 被引量:234
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c00126
摘要

Photocatalytic CO 2 reduction holds great promise for synchronously addressing carbon neutrality and producing fuels, although enhancing the photocatalyst activity and tuning the product selectivity remain enormous challenges. Herein, we synthesized four crystalline and porous benzothiadiazole-based covalent organic frameworks (COFs) with different carbonyl groups and reported a dual metalation strategy to fabricate Co and Ni dual-metal sites anchored on the benzothiadiazole-based COFs by the interaction between metal and thiadiazole for high-performance CO 2 photoreduction. Among the as-synthesized COFs metalated by Co/Ni dual sites, CoNi–COF-3 achieved an impressive CO generation rate of 2567 μmol g –1 h –1 with a selectivity of 92.2%, which were significantly higher than those of single sites. Experimental and theoretical results revealed that the superior photocatalytic performance was attributed to the synergic effect of the fully β-ketoenamine-tautomerized COF-3 configuration and dual-metal sites, which not only facilitated the photogenerated charge carrier dynamics but also reduced the energy barriers of *COOH formation and promoted CO 2 adsorption and CO desorption. This work provides valuable insights into the future design of improved COF photocatalysts for high-performance CO 2 conversion.
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