Atomic Interlayer Mo–N 4 Sites Enable Rapid Charge Transfer and Efficient CO 2 Photoreduction

催化作用 材料科学 光催化 电荷(物理) 共价键 电子转移 工作职能 工作(物理) 共价有机骨架 超短脉冲 还原(数学) 合理设计 纳米技术 载流子 动力学 有效核电荷 光化学 金属 化学物理 金属有机骨架 化学工程 电子 光电子学 电子传输链 密度泛函理论 催化效率 碳纤维 酒 基本电荷 化学 氧化还原
作者
Lijuan Sun,Haiwei Su,Zhen Chen,William Orbell,Guijie Liang,Weikang Wang,Lele Wang,Juan Yang,Qinqin Liu,Junhua Li
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:13 (37): e75217-e75217 被引量:4
标识
DOI:10.1002/advs.75217
摘要

ABSTRACT Photocatalytic CO 2 reduction is a promising route for sustainable carbon conversion, but its efficiency is often limited by poor charge separation and a lack of functional active sites. Here, we address these challenges by constructing an atomic Mo–N 4 interlayer electron bridge (IEB) within a bipyridine‐based covalent organic framework (COF) via a photoreduction method. Guided by DFT screening, Mo was identified as the optimal metal center, enabling simultaneous CO 2 activation and ultrafast vertical electron transfer. The resulting Mo@Tp‐Bpy catalyst achieves co‐production rates of 948.0 µmol g −1 h −1 for CO and 3741.7 µmol g −1 h −1 for anisaldehyde via coupled CO 2 reduction and 4‐methoxybenzyl alcohol oxidation, corresponding to 6.2‐fold and 5.0‐fold enhancements over the pristine Tp‐Bpy COF, respectively. Mechanistic studies reveal that the Mo–N 4 sites facilitate interlayer charge kinetics and lower thermodynamic barriers for both half‐reactions. This work presents a rational atomic‐level strategy for integrating charge management and catalytic function in layered materials toward efficient photoredox catalysis.
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