Atomically Dispersed High‐Density Al–N4 Sites in Porous Carbon for Efficient Photodriven CO2 Cycloaddition

环加成 催化作用 材料科学 环氧化物 碳纤维 化学工程 热解 多孔性 光化学 有机化学 化学 复合材料 复合数 工程类
作者
Qihao Yang,Huaitao Peng,Qiuju Zhang,Qian Xu,Xu Chen,Xuan Tang,Sheng Dai,Jiajun Zhao,Kun Jiang,Yang Qiu,Jian Sun,Linjuan Zhang,Nian Zhang,Honglin Gao,Zhiyi Lu,Liang Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (45) 被引量:106
标识
DOI:10.1002/adma.202103186
摘要

Abstract Highly active catalysts that can directly utilize renewable energy (e.g., solar energy) are desirable for CO 2 value‐added processes. Herein, aiming at improving the efficiency of photodriven CO 2 cycloaddition reactions, a catalyst composed of porous carbon nanosheets enriched with a high loading of atomically dispersed Al atoms (≈14.4 wt%, corresponding to an atomic percent of ≈7.3%) coordinated with N (AlN 4 motif, Al–N–C catalyst) via a versatile molecule‐confined pyrolysis strategy is reported. The performance of the Al–N–C catalyst for catalytic CO 2 cycloaddition under light irradiation (≈95% conversion, reaction rate = 3.52 mmol g −1 h −1 ) is significantly superior to that obtained under a thermal environment (≈57% conversion, reaction rate = 2.11 mmol g −1 h −1 ). Besides the efficient photothermal conversion induced by the carbon matrix, both experimental and theoretical analysis reveal that light irradiation favors the photogenerated electron transfer from the semiconductive Al–N–C catalyst to the epoxide reactant, facilitating the formation of a ring‐opened intermediate through the rate‐limiting step. This study not only provides an advanced Al–N–C catalyst for photodriven CO 2 cycloaddition, but also furnishes new insight for the rational design of superior photocatalysts for diverse heterogeneous catalytic reactions in the future.
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