Fe-MOFs无溶剂体系高选择性光催化还原CO_2至CO

【摘要】：目前,利用太阳能将二氧化碳(CO_2)转化为高附加值产物被视为一种理想的CO_2转化方案~([1])。根据文献报道,光催化还原CO_2的产物有甲酸(HCOOH),一氧化碳(CO),甲醛(HCHO),甲醇(CH_3OH),甲烷(CH_4)等~([2])。金属有机框架材料(MOFs)因具有较大的比表面积,可调的孔尺寸,限域的反应活性位点,被用于研究光催化还原CO_2~([3])。其中,大多数MOFs材料以有机溶剂为反应介质进行光催化还原CO_2反应,获得的还原产物主要为HCOOH~([4])。在本研究工作中,我们使用无溶剂反应体系(图1),利用3种不同框架结构的Fe-MOFs,即NH_2-MIL-53(Fe):[(Fe(OH)(NH_2-BDC)]·G;NH_2-MIL-88B(Fe):[Fe_3O(H_2O)_3(NH_2-BDC)_3]Cl·G和NH_2-MIL-101(Fe):[Fe_3O(H_2O)_3(NH_2-BDC)_3]Cl·G,其中NH_2-BDC=2-氨基对苯二甲酸,G=客体分子和/或溶剂分子,作为催化剂光催化还原CO_2,所获得产物CO的产量分别为15.7μmol g~(-1),51.3μmol g~(-1),87.6μmol g~(-1),且该反应体系中未检出其他气相或液相产物。与传统的反应路线相比,无溶剂体系的催化反应发生于气-固界面,因而反应具有高选择性。该反应路线不仅绿色环保,而且为CO_2减排提供了一种可行性方案。更为重要的是,由于NH_2-MIL-101(Fe)具有配位不饱和金属位点、以及高效的电荷分离和电子转移,因而表现出最高的光催化还原CO_2活性。