Soldriven minskning av CO ₂ till energirika bränslen, som CO, HCOOH, och CH3OH, har tänkts som ett mycket lovande tillvägagångssätt för att lösa energikris och miljöföroreningar. Genom de molekylära fotokatalytiska systemen, många katalysatorer, såsom komplex av Re, Ru, Fe, Co och Ni, har utvecklats med detaljerad studie av deras katalytiska mekanism. Mot bakgrund av deras relativt mogna studie, mer och mer uppmärksamhet har vänt på att påskynda elektronöverföring mellan katalysator och antennmolekyler för att främja CO ₂ minskning.

För närvarande, forskningen inom detta område fokuserar på bildandet av sammansatta system mellan fotosensibilisatorer och katalysatorer genom kemiska bindningar, vätebindningar, etc. Detta system förkortar avståndet mellan fotosensibilisatorer och katalysatorer, vilket förbättrar elektrontransportförmågan mellan dem. Dock, dessa studier har fortfarande många nackdelar, såsom brist på flexibilitet och stort inflytande från yttre faktorer. Följaktligen, det är mycket nödvändigt men fortfarande mycket utmanande att utveckla alternativ strategi för att dramatiskt öka fotokatalytisk CO ₂ minskning.

För närvarande, förbättra fotosensibiliseringsförmågan hos PS:er för att förbättra fotokatalytisk prestanda för CO ₂ minskningen är fortfarande i sin linda. Inom detta område, de ofta använda PS:erna är begränsade till prototypiska MLCT (metall-till-ligand laddningsöverföring) komplex, som Ru (bpy) ₃₂ ⁺ och Ru (fen) ₃₂ ⁺ (Phen =1, 10-fenantrolin), där deras livslängd för upphetsat tillstånd vanligtvis var mindre än 1 μs (τ =600 ns för Ru (bpy) ₃₂ ⁺ och 360 ns för Ru (phen) ₃₂ ⁺ i CH ₃ CN). Det kommer att vara ett lovande sätt att öka CO ₂ minskning genom att justera upphetsad befolkning och livstid för dessa PS för att förbättra deras sensibiliserande förmåga.

I det nuvarande arbetet, forskare lade fram en ny strategi för att kraftigt öka fotokatalytisk CO ₂ minskning genom att förbättra fotosensibiliseringsförmågan hos PS. En familj av Ru (II) -baserade PSs Ru-2, Ru-3, och Ru-4 framställdes genom selektiv tillsats av pyren/pyrenyletylen till 3- och 5-positioner av Phen i Ru (Phen) ₃₂ ⁺ (Ru-1). När energinivån för tripletttillståndet gradvis minskade från Ru-1 med 3MLCT-tillstånd till Ru-4 med 3IL-tillstånd, triplettens livstid för dessa komplex förlängdes gradvis och deras oxidationspotentialer i exciterat tillstånd blev mindre negativa, tillhandahåller en plattform för att jämföra effekten av PS med olika sensibiliserande förmåga på fotokatalytisk CO ₂ minskning.

Den fotokatalytiska processen dominerades av oxidationsmekanismen för Ru-1 — Ru-4-innehållande system. Ur kinetikens syn, långlivat triplettillstånd för PS bidrog starkt till intermolekylär elektronöverföring/energiöverföring. Sålunda släpper konstant-volmer-släckningskonstanter av PS med C-1 i storleksordningen 4,4 × 10 ³ M ^-1 för Ru ^-4 > 3,2 × 10 ³ M ^-1 för Ru-3> 9,6 × 10 ² M ^-1 för Ru-2> 3,8 × 10 ² M ^-1 för Ru-1, som var proportionell mot deras upphetsade tillståndsliv. Ur termodynamikens synvinkel, exciterade tillståndsoxidationspotentialer hos PS bestämmer den drivna kraften för elektronöverföring från exciterade PS till C-1. Som visas i fig 2F, det absoluta värdet av exciterat tillstånds oxidationspotential var i storleksordningen Ru-4 32 ⁺ , och en lämplig oxidationspotential i exciterat tillstånd (-0,92 V mot SCE). Imponerande, sensibiliseringsförmågan hos Ru-3 är över 17 gånger högre än den för typiska Ru-1 och den kan effektivt sensibilisera dinukleär koboltkatalysator (C-1) för fotokemisk CO ₂ -till-CO-omvandling med extremt hög ton på 66480.

Detta arbete ger en ny insikt för att dramatiskt öka fotokatalytisk CO ₂ minskning genom att förbättra fotosensibilisering.