Visible-light-driven Selective Reduction of Carbon Dioxide Catalyzed by Earth-abundant Metalloporphyrin Complexes

doi:10.7503/cjcu20220064

Abstract

Abstract:

With the increasing energy shortage and environmental problems， the search for clean and renewable energy sources to replace fossil fuels is one of the most urgent tasks facing scientists in this century. In order to achieve our "carbon neutrality" strategic goal， the conversion of carbon dioxide（CO₂） into clean fuels and chemicals using solar energy is one of the ways to achieve the sustainable development of our society. The catalyst is the core component of CO₂ photoreduction technology， which can adsorb gaseous CO₂ molecules and reduce them to small energy molecules such as carbon monoxide（CO）， formic acid（HCOOH）， methanol（CH₃OH） and methane（CH₄） under visible light irradiation. Currently， promising progress has been made in the development of novel CO₂ reduction photocatalytic systems. This review summarizes the recent progress of homogeneous and heterogeneous earth-abundant metalloporphyrin-based catalysts for photocatalytic CO₂ reduction， and introduces the reaction mechanism of CO₂ photoreduction to CO or CH₄ by homogeneous metalporphyrin catalysts， respectively， and also discusses the important applications of metalloporphyrin-based porous organic polymers with porphyrin organometallic frameworks for photocatalytic CO₂ reduction. Finally， the prospect of visible-light-driven metalloporphyrin complex-catalyzed CO₂ reduction is presented.

Key words: Renewable energy sources, Carbon dioxide, Photocatalysis, Metalloporphyrin, Energy-intensive molecule

CLC Number:

O621

TrendMD:

QIU Liqi, YAO Xiangyang, HE Liangnian. Visible-light-driven Selective Reduction of Carbon Dioxide Catalyzed by Earth-abundant Metalloporphyrin Complexes[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220064.

Figures/Tables 13

Table 1 Thermodynamic potentials of CO2 and proton reduction into various products

Reaction potentials of CO₂ and proton	E $r e d 0$ /V（vs. NHE at pH=7）
C^（Ⅳ）O₂ + e^?→C^（Ⅲ）O₂^{? ?}	-1.90
C^（Ⅳ）O₂ + 2（H⁺ + e^?） → HC^（Ⅱ）OOH	-0.61
C^（Ⅳ）O₂ + 2（H⁺ + e^?） → CO^（Ⅱ） + H₂O	-0.53
C^（Ⅳ）O₂ + 4（H⁺ + e^?） → HC^（0）HO + H₂O	-0.48
C^（Ⅳ）O₂ + 6（H⁺ + e^?） → C^（-Ⅱ）H₃OH + H₂O	-0.38
C^（Ⅳ）O₂ + 8（H⁺ + e^?）→ C^（-Ⅳ）H₄ + 2H₂O	-0.24
2（H⁺ + e^?） → H₂	-0.42

Table 1 Thermodynamic potentials of CO2 and proton reduction into various products

Reaction potentials of CO₂ and proton	E $r e d 0$ /V（vs. NHE at pH=7）
C^（Ⅳ）O₂ + e^?→C^（Ⅲ）O₂^{? ?}	-1.90
C^（Ⅳ）O₂ + 2（H⁺ + e^?） → HC^（Ⅱ）OOH	-0.61
C^（Ⅳ）O₂ + 2（H⁺ + e^?） → CO^（Ⅱ） + H₂O	-0.53
C^（Ⅳ）O₂ + 4（H⁺ + e^?） → HC^（0）HO + H₂O	-0.48
C^（Ⅳ）O₂ + 6（H⁺ + e^?） → C^（-Ⅱ）H₃OH + H₂O	-0.38
C^（Ⅳ）O₂ + 8（H⁺ + e^?）→ C^（-Ⅳ）H₄ + 2H₂O	-0.24
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