共价有机框架材料可见光催化还原CO2的最新成果

CO₂资源化利用不仅可以缓解温室效应引起的环境问题，而且还可以解决日益严峻的能源枯竭问题。以太阳光为直接驱动力的光催化还原CO₂生成有机物是较为理想的途径之一，也是极具挑战性的前沿方向。含氮共价有机框架材料（COF）拥有良好吸光能力和电荷传输能力，具有高稳定性、高CO₂吸附量、易于设计调控和修饰等优点，是一类非常有潜力的光催化固碳材料。我所通过胺醛缩合席夫碱反应合成了一系列具有相同结构不同官能团的酮胺基COF材料TpBD-X [X = -H₂、-(CH₃)₂、-(OCH₃)₂和-(NO₂)₂]，并研究不同官能团对该类材料光催化还原CO₂性能的影响。结果表明，官能团的引入会影响TpBD的可见光吸收能力，改变其能带结构；与吸电子基团相比，该COF材料中的给电子基团更有利于光催化还原CO₂的进行，其活性顺序为-OCH₃ > -CH₃ > -H₂> -NO₂。结合各种表征技术，发现给电子基官能团可以增强该类材料的共轭效应，提高可见光吸收，加快光生电荷分离与迁移，进而提高光催化还原CO₂活性。该研究不仅可以拓展COF材料的实际应用，还可以丰富光催化理论，对于CO₂的固定转化具有重要的理论指导意义和实际应用价值。