电催化CO2还原反应(CO2RR)被认为是一种生态上有利的技术，使用CO2作为廉价且丰富的C1原料来生产CO等增值化学品。然而，CO的热力学稳定性质具有高C=O键能的2分子经常导致CO2→CO的动力学缓慢和高能量输入。

引入额外的可见光场将是探索优化反应条件和开发有效CO2RR到CO的有效催化剂的潜在方法，因为光敏电催化剂的高能光诱导激发态可以有效优化形成势垒反应中间体的数量并降低电催化CO2RR的速率决定步骤(RDS)的能量。活性位点的有效激发态寿命是可见光耦合电催化的重要影响因素。

中国科学院福建物质结构研究所曹荣教授和黄元彪教授团队在《美国化学会杂志》上发表的一项研究中，引入了Ru(bpy)3Cl2通过后合成方法(PSM)将光敏供体转化为2,2'-联吡啶功能化的共卟啉基COF(Co-Bpy-COF)，提供Co-Bpy-COF-Rux(X是摩尔比)Ru和Co物种，X=1/2和2/3)在光电条件下对于CO2还原具有更长的激发态寿命。Co-Bpy-COF-Rux中的供体-受体特性和巨大的内建电场在外部光下有效加速从Ru(bpy)3Cl2到钴卟啉的光致电子转移。

研究人员发现，与未修饰的对应Co-Bpy-COF相比，最佳的Co-Bpy-COF-Ru1/2在-0.7V下相对于可逆氢电极(RHE)和CO表现出高达96.7%的CO法拉第效率光辅助下-1.1Vvs.RHE的部分电流密度为16.27mAcm-2，均远远超过在黑暗中观察到的值。尽管如此，对于Co-Bpy-COF，在光下测试的FECO和jCO值与在黑暗中记录的值相比没有显着改善，这可能归因于单光敏单元中激发态的快速弛豫系统。

此外，研究人员还揭示了通过构建单元的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)从Ru(bpy)3Cl2到钴卟啉的激发电子转移趋势。可见光下的荧光猝灭实验和X射线光电子能谱(XPS)进一步证实了Ru(bpy)3Cl2到钴卟啉的激发电子转移的真实存在。

此外，研究人员通过电化学阻抗谱(EIS)和电导率测量验证了Co-Bpy-COF-Rux中巨大内置电场的形成。超快瞬态吸收(TA)光谱表明，强大的供体(Ru(bpy)3Cl2)和巨大的内置电场显着延长了钴卟啉的激发态寿命，比未修饰的对应物Co-卟啉高出3.4倍。Bpy-COF。通过塔菲尔斜率和密度函数理论(DFT)计算验证了外部光照射降低CO形成能垒的效果。

本研究的重点是延长光耦合电催化剂的长激发态寿命，以高效地将CO2RR转化为CO产物，并为高效光耦合电催化剂的开发提供指导。

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