Highly Enhancing CO2 Photoreduction by Metallization of an Imidazole‐linked Robust Covalent Organic Framework

共价键 咪唑 材料科学 共价有机骨架 光催化 吸附 解吸 金属 选择性 光化学 串联 化学工程 水溶液中的金属离子 催化作用 化学 有机化学 复合材料 工程类 冶金
作者
Tian‐Xiang Luan,Jiarui Wang,Keyu Li,Hailian Li,Fuchun Nan,William W. Yu,Pei‐Zhou Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (44): e2303324-e2303324 被引量:58
标识
DOI:10.1002/smll.202303324
摘要

Abstract Converting CO 2 into value‐added chemicals to solve the issues caused by carbon emission is promising but challenging. Herein, by embedding metal ions (Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , and Zn 2+ ) into an imidazole‐linked robust photosensitive covalent organic framework (PyPor‐COF), effective photocatalysts for CO 2 conversion are rationally designed and constructed. Characterizations display that all of the metallized PyPor‐COFs (M‐PyPor‐COFs) display remarkably high enhancement in their photochemical properties. Photocatalysis reactions reveal that the Co‐metallized PyPor‐COF (Co‐PyPor‐COF) achieves a CO production rate as high as up to 9645 µmol g −1 h −1 with a selectivity of 96.7% under light irradiation, which is more than 45 times higher than that of the metal‐free PyPor‐COF, while Ni‐metallized PyPor‐COF (Ni‐PyPor‐COF) can further tandem catalyze the generated CO to CH 4 with a production rate of 463.2 µmol g −1 h −1 . Experimental analyses and theory calculations reveal that their remarkable performance enhancement on CO 2 photoreduction should be attributed to the incorporated metal sites in the COF skeleton, which promotes the adsorption and activation of CO 2 and the desorption of generated CO and even reduces the reaction energy barrier for the formation of different intermediates. This work demonstrates that by metallizing photoactive COFs, effective photocatalysts for CO 2 conversion can be achieved.
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