Inspirada pela fotossíntese natural, a redução fotocatalítica de CO2 acoplada à oxidação da água apresenta uma abordagem promissora para a produção de combustíveis e produtos químicos solares sustentáveis. Entretanto, a eficiência persistentemente baixa decorre de restrições cinético-termodinâmicas acopladas dentro do sistema fotocatalítico. Desenvolver novos fotocatalisadores é a chave para superar esses desafios, contudo, os métodos tradicionais de tentativa e erro sofrem com ciclos longos de desenvolvimento. Aqui, propomos o uso de dois descritores para avaliar a atividade catalítica de estruturas covalentes orgânicas (COFs) carregadas com metais para a redução fotocatalítica de CO2: o mínimo da banda de condução (CBM) do catalisador e a variação da energia livre de Gibbs (ΔG) para a formação do intermediário COOH durante a conversão de CO2 em CO. Por meio da triagem baseada em descritores de uma série de COFs carregadas com metais e da investigação computacional de suas propriedades no estado excitado, o COF carregado com Rh é identificado como ótimo. Experimentalmente, o Rh-TMP-COF sintetizado apresenta uma taxa de produção de CO de 421 μmol g-1 h-1, posicionando-o entre os fotocatalisadores mais eficientes para a redução global de CO2. Cálculos teóricos e verificação experimental demonstram ainda que a carga de Rh não só facilita a migração direcional dos elétrons fotogerados, dos sítios de oxidação da água para os de redução de CO2, como também reduz significativamente a barreira energética da reação, aumentando assim a taxa da reação. Este trabalho estabelece uma metodologia baseada em descritores para prever a atividade fotocatalítica, fornecendo um quadro estratégico para o desenvolvimento eficiente de fotocatalisadores para a redução global de CO2.
Chen et al. (Mon,) estudaram esta questão.