钴(Ⅱ)基分子配合物用于光催化二氧化碳还原

张继宏 钟地长 鲁统部

引用本文: 张继宏, 钟地长, 鲁统部. 钴(Ⅱ)基分子配合物用于光催化二氧化碳还原[J]. 物理化学学报, 2021, 37(5): 200806. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008068 shu
Citation:  Jihong Zhang, Dichang Zhong, Tongbu Lu. Co(Ⅱ)-Based Molecular Complexes for Photochemical CO2 Reduction[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(5): 200806. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008068 shu

钴(Ⅱ)基分子配合物用于光催化二氧化碳还原

    作者简介:
    钟地长,1981年生,天津理工大学教授,博导,2011年于中山大学获得博士学位。主要从事功能配合物的合成及其能源催化方面的研究;
    鲁统部,1964年生,教授,博导,天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院院长。1993年于兰州大学获得博士学位。主要从事人工光合作用催化剂的研究;
    通讯作者: 钟地长, dczhong@email.tjut.edu.cn; 鲁统部, lutongbu@tjut.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21931007

    国家自然科学基金 21790052

    国家自然科学基金 21861001

    国家自然科学基金 22071182

    111引智计划 D17003

    天津市高等教育委员会科技发展基金 2018KJ129

摘要: 利用太阳能将CO2还原成燃料或高附加值的化工原料,是解决能源危机和气候变暖的理想途径,其中的关键问题是开发高效的催化剂。近年来,非贵金属Co(Ⅱ)配合物作为分子催化剂在光催化CO2还原方面展现出良好的催化性能。本文按配体的不同种类,系统介绍Co(Ⅱ)配合物分子催化剂在光催化CO2还原方面的最新研究进展。并在此基础上,重点分析配合物分子结构对催化效率、选择性和稳定性的影响,总结构效关系。最后,针对在光催化CO2还原中存在的问题,提出了Co(Ⅱ)配合物分子催化剂的设计思路,并对Co(Ⅱ)配合物分子催化剂用于光催化CO2还原的前景进行了展望。

English

    1. [1]

      Reichstein, M.; Bahn, M.; Ciais, P.; Frank, D.; Mahecha, M. D.; Seneviratne, S.; Zscheischler, J.; Beer, C.; Buchmann, N.; Frank, D. Nature 2013, 500, 287. doi: 10.1038/nature12350

    2. [2]

      Creutzig, F.; Agoston, P.; Minx, J.; Canadell, J.; Andrew, R.; Quéré, C.; Peters, G.; Sharifi, A.; Yamagata, Y.; Dhakal, S. Nature Climate Change 2016, 6, 1054. doi: 10.1038/nclimate3169

    3. [3]

      Davis, S.; Caldeira, K. P. Natl. Acad. Sci. 2010, 107, 5687. doi: 10.1073/pnas.0906974107

    4. [4]

      Bonin, J.; Maurin, A.; Robert, M. Coord. Chem. Rev. 2017, 334, 184. doi: 10.1016/j.ccr.2016.09.005

    5. [5]

      Qiao, J.; Liu, Y.; Hong, F.; Zhang, J. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 631. doi: 10.1039/c3cs60323g

    6. [6]

      杨艳, 张云, 胡劲松, 万立骏.物理化学学报, 2020, 36, 1906085. doi: 10.3866/PKU.WHXB201906085Yang, Y.; Zhang, Y.; Hu, J.; Wan, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1906085. doi: 10.3866/PKU.WHXB201906085

    7. [7]

      蓝奔月, 史海峰.物理化学学报, 2014, 30, 2177. doi: 10.3866/PKU.WHXB201409303Lan, B.; Shi, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 2177. doi: 10.3866/PKU.WHXB201409303

    8. [8]

      Artz, J.; Mueller, T.; Thenert, K.; Kleinekorte, J.; Meys, R.; Sternberg, A.; Bardow, A.; Leitner, W. Chem. Rev. 2018, 118, 434. doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00435

    9. [9]

      周远, 韩娜, 李彦光.物理化学学报, 2020, 36, 2001041. doi: 10.3866/PKU.WHXB202001041Zhou, Y.; Han, N.; Li, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 2001041. doi: 10.3866/PKU.WHXB202001041

    10. [10]

      秦祖赠, 吴靖, 李斌, 苏通明, 纪红兵.物理化学学报, 2021, 37, 2005027. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005027Qin, Z.; Wu, J.; Li, B.; Su, T.; Ji, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2005027. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005027

    11. [11]

      Wang, L.; Zhao, B.; Wang, C.; Sun, M.; Yu, Y.; Zhang, B. J. Mater. Chem. A 2020, 8, 10175. doi: 10.1039/D0TA01256D

    12. [12]

      Wang, F. ChemSusChem2017, 10, 4393. doi: 10.1002/cssc.201701385

    13. [13]

      Francke, R.; Schille, B.; Roemelt, M. Chem. Rev. 2018, 118, 4631. doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00459

    14. [14]

      Bose, P.; Mukherjee, C.; Golder, A. Inorg. Chem. Front. 2019, 6, 1721. doi: 10.1039/c9qi00353c

    15. [15]

      Morris, A.; Meyer, G.; Fujita, E. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1983. doi: 10.1021/ar9001679

    16. [16]

      Wang, W.; Himeda, Y.; Muckerman, J.; Manbeck, G.; Fujita, E. Chem. Rev. 2015, 115, 12936. doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00197

    17. [17]

      Wang, J.; Yamauchi, K.; Huang, H.; Sun, J.; Luo, Z.; Zhong, D.; Lu, T.; Sakai, K. Angew. Chem. Int. Edit. 2019, 58, 10923. doi: 10.1002/anie.201904578

    18. [18]

      Liu, D.; Zhong, D.; Lu, T. EnergyChem 2020, 2, 100034. doi: 10.1016/j.enchem.2020.100034

    19. [19]

      Fukuzumi, S.; Lee, Y.; Ahn, H.; Nam, W. Chem. Sci. 2018, 9, 6017. doi: 10.1039/c8sc02220h

    20. [20]

      Takeda, H.; Cometto, C.; Ishitani, O.; Robert, M. ACS Catal. 2017, 7, 70. doi: 10.1021/acscatal.6b02181

    21. [21]

      Barlow, J.; Yang, J. ACS Cent. Sci. 2019, 5, 580. doi: 10.1021/acscentsci.9b00095

    22. [22]

      陈金平, 都新丰, 于天君, 曾毅, 张小辉, 李嫕.影像科学与光化学, 2015, 05, 358. doi: 10.7517/j.issn.1674-0475.2015.05.358Chen, J.; Du, X.; Yu, T.; Zeng, Y.; Zhang, X.; Li, Y. Imag. Sci. Photochem. 2015, 05, 358. doi: 10.7517/j.issn.1674-0475.2015.05.358

    23. [23]

      Tran, P.; Wong, L.; Barber, J.; Loo, J. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5902. doi: 10.1039/c2ee02849b

    24. [24]

      Yang, W.; Wang, H.; Liu, R.; Wang, J.; Zhang, C.; Li, C.; Zhong, D.; Lu, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2020. doi: 10.1002/anie.202011068

    25. [25]

      Cao, L.; Lu, D.; Zhong, D.; Lu, T. Coord. Chem. Rev. 2020, 407, 213156. doi: 10.1016/j.ccr.2019.213156

    26. [26]

      Deng, J.; Luo, J.; Mao, Y.; Lai, S.; Gong, Y.; Zhong, D.; Lu, T. Sci. Adv. 2020, 6, eaax9976. doi: 10.1126/sciadv.aax9976

    27. [27]

      Liu, D.; Ouyang, T.; Xiao, R.; Liu, W.; Zhong, D.; Xu, Z.; Lu, T. ChemSusChem 2019, 12, 2166. doi: 10.1002/cssc.201900338

    28. [28]

      Grills, D.; Ertem, M.; McKinnon, M.; Ngo, K.; Rochford, J. Coord. Chem. Rev. 2018, 374, 173. doi: 10.1016/j.ccr.2018.05.022

    29. [29]

      Benson, E.; Kubiak, C.; Sathrum, A.; Smieja, J. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 89. doi: 10.1039/B804323J

    30. [30]

      Meshitsuka, S.; Ichikawa, M.; Tamaru, K. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1974, 158. doi: 10.1039/C39740000158

    31. [31]

      Fisher, B.; Eisenberg, R. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 7361. doi: 10.1021/ja00544a035

    32. [32]

      Tinnemans, A.; Koster, T.; Thewissen, D.; Mackor, A. Recl. Trav. Chim. Pays-Bas. 1984, 103, 288. doi: 10.1002/recl.19841031004

    33. [33]

      Sheng, H.; Frei, H. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9959. doi: 10.1021/jacs.6b05248

    34. [34]

      Ogata, T.; Yanagida, S.; Brunschwig, B.; Fujita, E. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6708. doi: 10.1021/ja00130a009

    35. [35]

      Ogata, T.; Yamamoto, Y.; Wada, Y.; Murakoshi, K.; Kusaba, M.; Nakashima, N.; Ishida, A.; Takamuku, S.; Yanagida, S. J. Phys. Chem. 1995, 99, 11916. doi: 10.1021/j100031a020

    36. [36]

      Matsuoka, S.; Yamamoto, K.; Ogata, T.; Kusaba, M.; Nakashima, N.; Fujita, E.; Yanagida, S. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 601. doi: 10.1021/ja00055a032

    37. [37]

      Matsuoka, S.; Yamamoto, K.; Pac, C.; Yanagida, S. Chem. Lett. 1991, 20, 2099. doi: 10.1246/cl.1991.2099

    38. [38]

      Chen, L.; Guo, Z.; Wei, X.; Gallenkamp, C.; Bonin, J.; Anxolabéhère-Mallart, E.; Lau, K.; Lau, T.; Robert, M. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 10918. doi: 10.1021/jacs.5b06535

    39. [39]

      Hirose, T.; Maeno, Y.; Himeda, Y. J. Mol. Catal. A: Chem. 2003, 193, 27. doi: 10.1016/S1381-1169(02)00478-8

    40. [40]

      Komatsuzaki, N.; Himeda, Y.; Hirose, T.; Sugihara, H.; Kasuga, K. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1999, 72, 725. doi: 10.1246/bcsj.72.725

    41. [41]

      Guo, Z.; Cheng, S.; Cometto, C.; Anxolabéhère-Mallart, E.; Ng, S.; Ko, C.; Liu, G.; Chen, L.; Robert, M.; Lau, T. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9413. doi: 10.1021/jacs.6b06002

    42. [42]

      Guo, Z.; Chen, G.; Cometto, C.; Ma, B.; Zhao, H.; Groizard, T.; Chen, L.; Fan, H.; Man, W.; Yiu, S.; et al. Nat. Catal. 2019, 2, 801. doi: 10.1038/s41929-019-0331-6

    43. [43]

      Shimoda, T.; Morishima, T.; Kodama, K.; Hirose, T.; Polyansky, D.; Manbeck, G.; Muckerman, J.; Fujita, E. Inorg. Chem. 2018, 57, 5486. doi: 10.1021/acs.inorgchem.8b00433

    44. [44]

      Behar, D.; Dhanasekaran, T.; Neta, P.; Hosten, C.; Ejeh, D.; Hambright, P.; Fujita, E. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 2870. doi: 10.1021/jp9807017

    45. [45]

      Dhanasekaran, T.; Grodkowski, J.; Neta, P.; Hambright, P.; Fujita, E. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 7742. doi: 10.1021/jp991423u

    46. [46]

      Grodkowski, J.; Neta, P.; Fujita, E.; Mahammed, A.; Simkhovich, L.; Gross, Z. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 4772. doi: 10.1021/jp013668o

    47. [47]

      Call, A.; Cibian, M.; Yamamoto, K.; Nakazono, T.; Yamauchi, K.; Sakai, K. ACS Catal. 2019, 9, 4867. doi: 10.1021/acscatal.8b04975

    48. [48]

      Zhang, Y.; Schulz, M.; Waechtler, M.; Karnahl, M.; Dietzek, B. Coord. Chem. Rev. 2018, 356, 127. doi: 10.1016/j.ccr.2017.10.016

    49. [49]

      Zhang, X.; Cibian, M.; Call, A.; Yamauchi, K.; Sakai, K. ACS Catal. 2019, 9, 11263. doi: 10.1021/acscatal.9b04023

    50. [50]

      Chan, S.; Lam, T.; Yang, C.; Yan, S.; Cheng, N. Chem. Commun. 2015, 51, 7799. doi: 10.1039/c5cc00566c

    51. [51]

      Chan, S.; Lam, T.; Yang, C.; Lai, J.; Cao, B.; Zhou, Z.; Zhu, Q. Polyhedron 2017, 125, 156. doi: 10.1016/j.poly.2016.09.049

    52. [52]

      Yang, C.; Mehmood, F.; Lam, T.; Chan, S.; Wu, Y.; Yeung, C.; Guan, X.; Li, K.; Chung, C.; Zhou, C.; et al. Chem. Sci. 2016, 7, 3123. doi: 10.1039/c5sc04458h

    53. [53]

      Zhu, C.; Zhang, Y.; Liao, R.; Xia, W.; Hu, J.; Wu, J.; Liu, H.; Wang, F. Dalton Trans. 2018, 47, 13142. doi: 10.1039/c8dt02148a

    54. [54]

      Wang, F.; Cao, B.; To, W.; Tse, C.; Li, K.; Chang, X.; Zang, C.; Chan, S.; Che, C. Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 7408. doi: 10.1039/C6CY01265E

    55. [55]

      Zhu, C.; Huang, Y.; Hu, J.; Li, Q.; Tan, H.; Gui, M.; Deng, S.; Wang, F. J. Photochem. Photobiol. A 2018, 355, 175. doi: 10.1016/j.jphotochem.2017.09.056

    56. [56]

      Lin, J.; Qin, B.; Zhao, G. J. Photochem. Photobiol. A 2018, 354, 181. doi: 10.1016/j.jphotochem.2017.09.019

    57. [57]

      Chen, B.; Morlanes, N.; Adogla, E.; Takanabe, K.; Rodionov, V. ACS Catal. 2016, 6, 4647. doi: 10.1021/acscatal.6b01237

    58. [58]

      Ouyang, T.; Hou, C.; Wang, J.; Liu, W.; Zhong, D.; Ke, Z.; Lu, T. Inorg. Chem. 2017, 56, 7307. doi: 10.1021/acs.inorgchem.7b00566

    59. [59]

      Hossain, A.; Liljegren, J. A.; Powell, D.; Bowman-James, K. Inorg. Chem. 2004, 43, 3751. doi: 10.1021/ic049762b

    60. [60]

      Liu, D.; Huang, H.; Wang, J.; Jiang, L.; Zhong, D.; Lu, T. ChemCatChem 2018, 10, 3435. doi: 10.1002/cctc.201800727

    61. [61]

      Xiang, D.; Magana, D.; Dyer, R. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14007. doi: 10.1021/ja5081103

    62. [62]

      Liu, D.; Wang, H.; Ouyang, T.; Wang, J.; Jiang, L.; Zhong, D.; Lu, T. ACS Appl. Energy Mater. 2018, 1, 2452. doi: 10.1021/acsaem.8b00673

    63. [63]

      Wang, J.; Huang, H.; Sun, J.; Ouyang, T.; Zhong, D.; Lu, T. ChemSusChem 2018, 11, 1025. doi: 10.1002/cssc.201702280

    64. [64]

      Ouyang, T.; Huang, H.; Wang, J.; Zhong, D.; Lu, T. Angew. Chem. Int. Edit. 2017, 56, 738. doi: 10.1002/anie.201610607

    65. [65]

      蓝志安, 王心晨.物理化学学报, 2017, 33, 457. doi: 10.3866/PKU.WHXB201701061Lan, Z.; Wang, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 457. doi: 10.3866/PKU.WHXB201701061

    66. [66]

      Wang, J.; Zhong, D.; Lu, T. Coord. Chem. Rev. 2018, 377, 225. doi: 10.1016/j.ccr.2018.09.003

    67. [67]

      Cao, L.; Huang, H.; Wang, J.; Zhong, D.; Lu, T. Green Chem. 2018, 20, 798. doi: 10.1039/c7gc03451b

    68. [68]

      Realista, S.; Almeida, J.; Milheiro, S.; Bandeira, N.; Alves, L.; Madeira, F.; Calhorda, M.; Martinho, P. Chem. Eur. J. 2019, 25, 11670. doi: 10.1002/chem.201901806

    69. [69]

      Ouyang, T.; Wang, H.; Huang, H.; Wang, J.; Guo, S.; Liu, W.; Zhong, D.; Lu, T. Angew. Chem. Int. Edit. 2018, 57, 16480. doi: 10.1002/anie.201811010

    70. [70]

      Liu, D.; Wang, H.; Wang, J.; Zhong, D.; Jiang, L.; Lu, T. Chem. Commun. 2018, 54, 11308. doi: 10.1039/c8cc04892d

    71. [71]

      Akai, T.; Kondo, M.; Lee, S.; Izu, H.; Enomoto, T.; Okamura, M.; Saga, Y.; Masaoka, S. Dalton Trans. 2020, 49, 1384. doi: 10.1039/C9DT04684D

    72. [72]

      Kumar, P.; Kumar, A.; Sreedhar, B.; Sain, B.; Ray, S.; Jain, S. Chem. Eur. J. 2014, 20, 6154. doi: 10.1002/chem.201304189

    73. [73]

      Aoi, S.; Mase, K.; Ohkubo, K.; Fukuzumi, S. Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 4077. doi: 10.1039/c6cy00376a

    74. [74]

      Zhao, G.; Pang, H.; Liu, G.; Li, P.; Liu, H.; Zhang, H.; Shi, L.; Ye, J. Appl. Catal. B2017, 200, 141. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.06.074

    75. [75]

      Roy, S.; Reisner, E. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 12180. doi: 10.1002/ange.201907082

    76. [76]

      Ma, B.; Chen, G.; Fave, C.; Chen, L.; Kuriki, R.; Maeda, K.; Ishitani, O.; Lau, T.; Bonin, J.; Robert, M. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6188. doi: 10.1021/jacs.9b13930

    77. [77]

      Pan, Z.; Niu, P.; Liu, M.; Zhang, G.; Zhu, Z.; Wang, X. ChemSusChem 2020, 13, 888. doi: 10.1002/cssc.201903172

    78. [78]

      Kumar, A.; Prajapati, P.; Aathira, M.; Bansiwal, A.; Boukherroub, R.; Jain, S. J. Colloid Interface Sci. 2019, 543, 201. doi: 10.1016/j.jcis.2019.02.061

    79. [79]

      Bi, Q.; Wang, J.; Lv, J.; Wang, J.; Zhang, W.; Lu, T. ACS Catal. 2018, 8, 11815. doi: 10.1021/acscatal.8b03457

    80. [80]

      Wang, J.; Liu, W.; Zhong, D.; Lu, T. Coord. Chem. Rev. 2019, 378, 237. doi: 10.1016/j.ccr.2017.12.009

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  38
  • 文章访问数:  1711
  • HTML全文浏览量:  458
文章相关
  • 发布日期:  2021-05-15
  • 收稿日期:  2020-08-22
  • 接受日期:  2020-09-22
  • 修回日期:  2020-09-21
  • 网络出版日期:  2020-09-28
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章