Metal–organic frameworks (MOFs) 1 – 3 are known for their specific interactions with gas molecules 4 , 5 ; this, combined with their rich and ordered porosity, makes them promising candidates for the photocatalytic conversion of gas molecules to useful products 6 . However, attempts to use MOFs or MOF-based composites for CO 2 photoreduction 6 – 13 usually result in far lower CO 2 conversion efficiency than that obtained from state-of-the-art solid-state or molecular catalysts 14 – 18 , even when facilitated by sacrificial reagents. Here we create ‘molecular compartments’ inside MOF crystals by growing TiO 2 inside different pores of a chromium terephthalate-based MOF (MIL-101) and its derivatives. This allows for synergy between the light-absorbing/electron-generating TiO 2 units and the catalytic metal clusters in the backbones of MOFs, and therefore facilitates photocatalytic CO 2 reduction, concurrent with production of O 2 . An apparent quantum efficiency for CO 2 photoreduction of 11.3 per cent at a wavelength of 350 nanometres is observed in a composite that consists of 42 per cent TiO 2 in a MIL-101 derivative, namely, 42%-TiO 2 -in-MIL-101-Cr-NO 2 . TiO 2 units in one type of compartment in this composite are estimated to be 44 times more active than those in the other type, underlining the role of precise positioning of TiO 2 in this system. Investigation of a chromium-based metal–organic framework shows that the location of added TiO 2 inside specific mesopores strongly affects the ability of the material to catalyse photoreduction of CO 2 .

中文翻译：

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用 TiO2 填充金属-有机骨架介孔用于 CO2 光还原

金属有机框架 (MOF) 1 – 3 因其与气体分子 4 、 5 的特定相互作用而闻名；这与它们丰富有序的孔隙率相结合，使它们成为将气体分子光催化转化为有用产品 6 的有希望的候选者。然而，尝试使用 MOF 或基于 MOF 的复合材料进行 CO 2 光还原 6 – 13 通常导致 CO 2 转化效率远低于从最先进的固态或分子催化剂 14 – 18 获得的转化效率，即使由牺牲试剂促进。在这里，我们通过在基于对苯二甲酸铬的 MOF（MIL-101）及其衍生物的不同孔内生长 TiO 2 来在 MOF 晶体内部创建“分子隔室”。这允许光吸收/产生电子的 TiO 2 单元与 MOF 骨架中的催化金属簇之间的协同作用，因此促进光催化CO 2 还原，同时产生O 2 。在由 MIL-101 衍生物中的 42% TiO 2 组成的复合材料中观察到在 350 纳米波长下 CO 2 光还原的表观量子效率为 11.3%，即 42%-TiO 2 -in-MIL- 101-Cr-NO 2 。据估计，这种复合材料中一类隔室中的 TiO 2 单元的活性是另一种类型的 44 倍，这强调了 TiO 2 在该系统中的精确定位的作用。对铬基金属-有机骨架的研究表明，在特定介孔内添加 TiO 2 的位置强烈影响材料催化 CO 2 光还原的能力。在由 MIL-101 衍生物中的 42% TiO 2 组成的复合材料中观察到在 350 纳米波长下 CO 2 光还原的表观量子效率为 11.3%，即 42%-TiO 2 -in-MIL- 101-Cr-NO 2 。据估计，这种复合材料中一类隔室中的 TiO 2 单元的活性是另一种类型的 44 倍，这强调了 TiO 2 在该系统中的精确定位的作用。对铬基金属-有机骨架的研究表明，在特定介孔内添加 TiO 2 的位置强烈影响材料催化 CO 2 光还原的能力。在由 MIL-101 衍生物中的 42% TiO 2 组成的复合材料中观察到在 350 纳米波长下 CO 2 光还原的表观量子效率为 11.3%，即 42%-TiO 2 -in-MIL- 101-Cr-NO 2 。据估计，这种复合材料中一类隔室中的 TiO 2 单元的活性是另一种类型的 44 倍，这强调了 TiO 2 在该系统中的精确定位的作用。对铬基金属-有机骨架的研究表明，在特定介孔内添加 TiO 2 的位置强烈影响材料催化 CO 2 光还原的能力。据估计，这种复合材料中一类隔室中的 TiO 2 单元的活性是另一种类型的 44 倍，这强调了 TiO 2 在该系统中的精确定位的作用。对铬基金属-有机骨架的研究表明，在特定介孔内添加 TiO 2 的位置强烈影响材料催化 CO 2 光还原的能力。据估计，这种复合材料中一类隔室中的 TiO 2 单元的活性是另一种类型的 44 倍，这强调了 TiO 2 在该系统中的精确定位的作用。对铬基金属-有机骨架的研究表明，在特定介孔内添加 TiO 2 的位置强烈影响材料催化 CO 2 光还原的能力。