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Highly Stable Lanthanide-Organic Frameworks Based on {Ln6O8} Clusters with Photocatalytic Reduction of CO2 to CO
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2024-12-19 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c03799 Kang-Le Xie, Li-Ping Wu, Ya-Qing Liao, Jun-Jie Hu, Kang-Qiang Lu, He-Rui Wen, Jin-Rong Huo
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2024-12-19 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c03799 Kang-Le Xie, Li-Ping Wu, Ya-Qing Liao, Jun-Jie Hu, Kang-Qiang Lu, He-Rui Wen, Jin-Rong Huo
Metal–organic frameworks (MOFs) with adjustable structures, diverse chemical functionalities, and excellent CO2 capture ability have shown important potential application in the photocatalytic reduction of CO2 to valuable fuel to curb the energy crisis. In this work, a series of new isostructural lanthanide-organic frameworks based on hexanuclear {Ln6O8} clusters, {(DMA)2 [Ln6(μ3–OH)8(H2O)6(SBTC)3]}n (Ln-MOFs, Ln = Eu, Dy, Gd, Tb, Yb; H4SBTC = 5,5′-(ethene-1,2-diyl) di-isophthalic acid; DMA = dimethylamine cation) were synthesized by the solvothermal method. Ln-MOFs were metal–organic frameworks formed by {Ln6(μ3–OH)8} clusters and poly(carboxylic acid) ligands H4SBTC, which exhibited excellent photocatalytic properties for the reduction of CO2 to CO. Among these Ln-MOFs, the production rate of photocatalytic reduction of CO2 to CO by Eu-MOF was 663.00 μmol·h–1·g–1 and the selectivity reached 94.2%, utilizing [Ru(bpy)3]Cl2·6H2O as photosensitizers. Experimental characterizations and density functional theory (DFT) calculations unveiled that the effective charge separation, strong CO2 binding affinity, weak H2O adsorption energy, as well as low reaction energy barriers for the *COOH intermediates over Eu-MOF play an important role in possessing superior photoactivity. This study provides insights into the field of Ln-MOF materials for efficient photocatalytic CO2 reduction and conversion applications.
中文翻译:
基于 {Ln6O8} 团簇的高稳定性镧系元素有机框架,光催化将 CO2 还原为 CO
具有可调节结构、多种化学官能团和出色的 CO2 捕获能力的金属有机框架 (MOFs) 在光催化将 CO2 还原为有价值的燃料以遏制能源危机方面显示出重要的潜在应用。在这项工作中,一系列基于六核 {Ln6O8} 簇、{(DMA)2 [Ln6(μ3–OH)8(H2O)6(SBTC)3]}n (Ln-MOFs, Ln = Eu, Dy, Gd, Tb, Yb;H4SBTC = 5,5′-(乙烯-1,2-二基)二间苯二甲酸;DMA = 二甲胺阳离子)是通过溶剂热法合成的。Ln-MOF 是由 {Ln6(μ3-OH)8} 簇和聚(羧酸)配体 H4SBTC 形成的金属有机框架,表现出优异的光催化性能,可将 CO2 还原为 CO。在这些 Ln-MOF 中,利用 [Ru(bpy)3]Cl2·6H2O 作为光敏剂,Eu-MOF 光催化还原 CO2 制 CO 的速率为 663.00 μmol·h–1·g–1,选择性达到 94.2%。实验表征和密度泛函理论 (DFT) 计算揭示了 Eu-MOF 上 *COOH 中间体的有效电荷分离、强 CO2 结合亲和力、弱 H2O 吸附能以及低反应能垒在具有优异的光活性方面发挥着重要作用。本研究为用于高效光催化 CO2 还原和转化应用的 Ln-MOF 材料领域提供了见解。
更新日期:2024-12-19
中文翻译:
基于 {Ln6O8} 团簇的高稳定性镧系元素有机框架,光催化将 CO2 还原为 CO
具有可调节结构、多种化学官能团和出色的 CO2 捕获能力的金属有机框架 (MOFs) 在光催化将 CO2 还原为有价值的燃料以遏制能源危机方面显示出重要的潜在应用。在这项工作中,一系列基于六核 {Ln6O8} 簇、{(DMA)2 [Ln6(μ3–OH)8(H2O)6(SBTC)3]}n (Ln-MOFs, Ln = Eu, Dy, Gd, Tb, Yb;H4SBTC = 5,5′-(乙烯-1,2-二基)二间苯二甲酸;DMA = 二甲胺阳离子)是通过溶剂热法合成的。Ln-MOF 是由 {Ln6(μ3-OH)8} 簇和聚(羧酸)配体 H4SBTC 形成的金属有机框架,表现出优异的光催化性能,可将 CO2 还原为 CO。在这些 Ln-MOF 中,利用 [Ru(bpy)3]Cl2·6H2O 作为光敏剂,Eu-MOF 光催化还原 CO2 制 CO 的速率为 663.00 μmol·h–1·g–1,选择性达到 94.2%。实验表征和密度泛函理论 (DFT) 计算揭示了 Eu-MOF 上 *COOH 中间体的有效电荷分离、强 CO2 结合亲和力、弱 H2O 吸附能以及低反应能垒在具有优异的光活性方面发挥着重要作用。本研究为用于高效光催化 CO2 还原和转化应用的 Ln-MOF 材料领域提供了见解。