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Doping [Ru(bpy)3]^(2+ )into metal-organic framework to facilitate the separation and reuse of noble-metal photosensitizer during CO2 photoreduction 被引量:1

MOF负载[Ru(bpy)_(3)]^(2+)促进CO_(2)还原反应中贵金属光敏剂的分离和循环利用
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摘要 It is desirable to develop highly efficient and sustainable catalytic systems for CO_(2) photoreduction using efficient heterogeneous photosensitizers(PSs);however,this remains a great challenge.In this study,we doped[Ru(bpy)3]^(2+) into UiO-metal-organic frameworks(MOFs)to facilitate the separation and reuse of noble metal PS.By simply adjusting the loading amount,a series of heterogeneous photoactive MOFs,namely,UiO-Ru-1,UiO-Ru-2,and UiO-Ru-3,were constructed to act as heterogeneous PSs to drive the efficient CO_(2) photoreduction under visible-light irradiation.Remarkably,UiO-Ru-2 exhibited the best photosensitizing ability among the prepared MOFs in sensitizing the iron quarterpyridine catalyst(C-l),and the CO yield reached as high as 171 mmol/g with ca.100%selectivity,which is a record value among all the MOF-based photocatalysts.This photoactive MOF can be recycled and reused three times without any obvious activity loss,signifying its good photochemical stability.Experimental investigations confirmed that the strong visible absorption,long-lived excited state,appropriate redox potential,good photocatalytic stability,and excellent collaboration with C-l were attributable to the superior catalytic activity.This work highlights an avenue for constructing heterogeneous PSs with excellent recyclability using MOF as the platform for efficient CO_(2) reduction. 在太阳光驱动下,将温室气体CO_(2)还原为燃料分子有望解决人类社会面临的环境污染和能源危机问题.此外,CO通常被用作C1源进行精细化学品制备.因此,开发高活性光催化体系将CO_(2)高选择性还原到CO具有重要科学和实用意义.光催化体系主要由光敏剂、催化剂和电子给体构成,其中光敏剂作为光吸收中心和电子转移桥梁在光催化进程中扮演着极其重要的角色.半个多世纪以来,贵金属配合物光敏剂(如[Ru(bpy)_(3)]^(2+))因其良好的可见光吸收能力和适中的氧化还原能力,被广泛用于光催化CO_(2)还原体系中.然而,贵金属配合物存在光化学稳定性较差、难以回收利用等问题,严重限制了其广泛应用.因此,开发高效、稳定且易于循环利用的贵金属光敏剂用于CO_(2)光还原具有重要意义.本文采用溶剂热合成法,成功将[Ru(bpy)_(3)]^(2+)限域到金属有机框架中,通过调控钉配体的引入比例制得了一系列非均相钉基光敏剂(UiO-Ru-1,UiO-Ru-2和UiO-Ru-3).通过X射线衍射、高分辨场发射扫描电镜和高分辨场发射透射电镜等技术证明了UiO-Ru的结构和形貌(正八面体).将UiO-Ru用于光催化CO?还原,以四联毗喘铁作为催化剂,UiO-Ru-2表现出极高的敏化能力,在300 W氤灯下反应8 h,CO的产率可达171 mmol/g,同时选择性达到100%,是目前活性较高的光催化CO_(2)还原体系之一.该体系中,UiO-Ru-2循环利用三次,其催化效率没有明显衰减,表明其具有良好的光催化稳定性和可循环利用性.值得注意的是,钉含量增加(UiO-Ru-3)或者降低(UiO-Ru-1)催化活性均有所下降.为解释这一现象,本文利用稳态/瞬态光谱和电化学等技术手段对材料的光电化学性质进行了系统的研究.稳态光谱测试结果表明,随着Ru含量的增加,UiO-Ru的吸光和发光性能逐渐提升,但激发态寿命却在逐渐降低.此外,Ru含量增加会占据孔道,减小金属有机框架的孔径,阻碍底物和活性中心的接触.因此UiO-Ru-2中钉光敏中心含量适中,较好地平衡了可见光吸收能力、激发态寿命和孔道大小之间的关系,使得其催化活性显著优于其它光敏剂(UiO-Ru-1和UiO-Ru-3).此外,本文利用瞬态吸收光谱和电化学深入研究了光催化机制和电子转移路径,将为高活性贵金属光敏剂异相化并用于构建高效、可持续的CO_(2)还原体系提供重要借鉴.
作者 Zhe Wu Song Guo Li-Hui Kong Ai-Fang Geng Yu-Jie Wang Ping Wang Shuang Yao Kai-Kai Chen Zhi-Ming Zhang 吴哲;郭颂;孔丽辉;耿爱芳;王育杰;王平;姚爽;陈凯凯;张志明(长春理工大学化学与环境工程学院,吉林长春130022;天津理工大学材料科学与工程学院,化学与化工学院,新能源与低碳技术研究院,天津300384)
出处 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第10期1790-1797,共8页 催化学报(英文)
基金 国家自然科学基金(21971190,22071180) 天津市自然科学基金(18JCJQJC47700).
关键词 Metal-organic framework PHOTOSENSITIZER CO2 reduction Heterogeneous Ru(Ⅱ)complex 金属有机框架 光敏剂 二氧化碳还原 非均相 Ru(Ⅱ)配合物
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