Engineering Hierarchical Architecture of Metal‐Organic Frameworks for Highly Efficient Overall CO2 Photoreduction

光催化 材料科学 过电位 金属有机骨架 纳米技术 等结构 异质结 多孔性 成核 合理设计 催化作用 光电子学 晶体结构 化学 电极 物理化学 有机化学 复合材料 吸附 生物化学 电化学 结晶学
作者
Haibo Huang,Zhi‐Bin Fang,Rui Wang,Lan Li,Mojtaba Khanpour,Tian‐Fu Liu,Rong Cao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (16) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/smll.202200407
摘要

Previous studies on syntheses of metal-organic frameworks (MOFs) for photocatalytic CO2 reduction are mainly focused on the exquisite control over the net topology and the functionality of metal clusters/organic building blocks. This contribution demonstrates that the rational design of MOF-based photocatalyst can be further extended to the hierarchical structure at micrometer scales well beyond the conventional MOF design at the molecular level. By taking advantage of the disparity of two selective MOFs in nucleation kinetics, a hierarchical core-shell MOF@MOF structure is successfully constructed through a simple one-pot synthesis. Besides inheriting the high porosity, crystallinity, and robustness of parent MOFs, the obtained heterojunction exhibits extended photoresponse, optimized band alignment with large overpotential, and greatly enhanced photogenerated charge separation, which would be hardly realized by the merely molecular-level assembly. As a result, the challenging overall CO2 photoreduction is achieved, which generates a record high HCOOH production (146.0 µmol/g/h) without using any sacrificial reagents. Moreover, the core-shell structure exhibits a more effective use of photogenerated electrons than the individual MOFs. This work shows that harnessing the hierarchical architecture of MOFs present a new and effective alternative to tuning the photocatalytic performance at a mesoscopic level.
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