Photochemical CO2 Reduction by a Postsynthetically Modified Zr-MOF

化学 还原(数学) 光化学 化学还原 物理化学 电化学 几何学 电极 数学
作者
Rosmi Reji,Juan P. Vizuet,Xiaoli Yan,Biki Behera,Xin Zheng,Matthew Klenk,Nicholas P. Weingartz,George T. Kostopoulos,Lin X. Chen,Peter Zapol,Neeraj Agarwal,E. A. Huerta,Murat Keçeli,Santanu Chaudhuri,Ksenija D. Glusac
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:64 (36): 18304-18315 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c02600
摘要

Metal-organic frameworks are an excellent platform for photochemical CO2 reduction into valuable chemicals. Herein, we report the synthesis and photocatalytic behavior of Ru@MOF-808, a Zr-based MOF, modified with a Ru-polypyridyl complex. The postsynthetic modification was achieved using solvent-assisted incorporation of bipyridine-carboxylate ligands onto the nodes of the MOF-808, followed by the coordination of Ru(II)-terpyridine moiety. A thorough characterization including 1H NMR, diffuse reflectance UV/vis, X-ray absorption spectroscopy and gas adsorption studies, combined with DFT calculations, provides strong support for efficient incorporation of the molecular Ru-complex at the loading of one Ru center per node. In the presence of a strong sacrificial reductant BIH, Ru@MOF-808 was found to catalyze the photochemical reduction of CO2 into a mixture of CO and formate ion. When compared to the homogeneous model catalyst Ru(tpy)(bpy)2+, Ru@MOF-808 was found to exhibit higher formate yields. To explain these formate enhancements, we propose a mechanism that involves CO2 capture at the MOF nodes to form Zr-bicarbonate species, which further react in a hydride transfer reaction with photogenerated Ru-H donor, thereby outperforming molecular catalysts in HCOO- production. Overall, the results presented in this work indicate the potential of Zr-based MOFs in integrating CO2 capture with its photochemical conversion to desired products.
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