Sunlight-driven simultaneous CO2 reduction and water oxidation using indium-organic framework heterostructures

异质结 光催化 吸附 人工光合作用 金属有机骨架 光合作用 氧化还原 化学 光化学 化学工程 材料科学 纳米技术 催化作用 光电子学 有机化学 生物化学 工程类 冶金
作者
Zhongjie Cai,Hongwei Liu,Jiajun Dai,Li Bao,Li‐Ming Yang,Jingyu Wang,Huaiyong Zhu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-57742-5
摘要

Abstract Overall artificial photosynthesis, as a promising approach for sunlight-driven CO 2 recycling, requires photocatalysts with efficient light adsorption and separate active sites for coupling with H 2 O oxidation. Here we show a In-based metal–organic framework (MOF) heterostructure, i.e., In-porphyrin (In-TCPP) nanosheets enveloping an In-NH 2 -MIL-68 (M68N) core, via a facile one-pot synthesis that utilises competitive nucleation and growth of two organic linkers with In nodes. The coherent interfaces of the core@shell MOFs assure the structural stability of heterostructure, which will function as heterojunctions to facilitate the efficient transfer of photogenerated charge for overall photosynthesis. The In-TCPP shell in MOFs heterostructure improves CO 2 adsorption capabilities and visible light absorption to enhance the photocatalytic CO 2 reduction. Simultaneously, In-O sites in M68N core efficiently catalyze H 2 O oxidation, achieving high yields of HCOOH (397.5 μmol g −1 h −1 ) and H 2 O 2 (321.2 μmol g −1 h −1 ) under focused sunlight irradiation. The superior performance of this heterostructure in overall photosynthesis, coupled with its straightforward synthesis, shows great potential for mitigating carbon emissions and producing valuable chemicals using solar energy.
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