持続可能な二酸化炭素光還元のための金属フリー多孔性有機ポリマーの開発

The Development of Metal-Free Porous Organic Polymers for Sustainable Carbon Dioxide Photoreduction.

抄録

気候危機に効果的に対処するための実行可能な戦術は、太陽エネルギーと二酸化炭素（CO）や水などの利用可能な資源を利用した光触媒反応による再生可能燃料の生産である。有機ポリマー材料をベースとした光触媒材料は、太陽エネルギーを貴重な化学物質やその他の太陽燃料に変換する方法のひとつと考えられている。多孔性有機ポリマー（POPs）をCOの固定・回収・隔離に利用し、地球温暖化を抑制するために有益な化合物を生産することは、現在も多くの関心を集めている。機能的に設計され、多数のヘテロ原子と拡張されたπ共役を含む可視光応答性有機フォトポリマーは、光生成電荷キャリアの生成、可視光吸収の改善、電荷分離の増加、光触媒反応中の電荷再結合の減少を可能にする。剛直な構造、高い表面積、柔軟な細孔径、恒久的な多孔性、目的に対する骨格の適応性により、POPはますます注目を集めている。これらの特質は、多くの持続可能な用途に非常に有利であることが示されている。POPは、長距離秩序をどれだけ持っているかによって、結晶性と非晶性に大別される。性能の面では、導電性POPsは無機半導体や典型的な有機染料を凌駕する。顕著な光学特性、光安定性、安価なコスト、低い細胞毒性を持つ集光材料である。この総説では、助触媒の担持と形態の調整を通じて、POPs調製技術の最適化オプションを提示する。調製技術が材料の物理化学的特性、ひいては触媒活性にどのような影響を与えるかを分析する。POPsの光学的、形態学的、電気化学的、触媒的特性を評価するための実験方法の目録を提供する。この総説の焦点は、POPs内の内部電荷の生成と輸送のプロセスを理解することに重点を置いて、これらの高分子有機光触媒の光化学を徹底的に調査することである。この総説では、共役微多孔性ポリマー（CMP）、固有の微多孔性ポリマー、超架橋ポリマー、多孔性芳香族骨格をベースとしたものなど、いくつかのタイプの非晶質POP材料を取り上げている。さらに、これらの材料の一般的な合成アプローチについても簡単に説明する。

A viable tactic to effectively address the climate crisis is the production of renewable fuels via photocatalytic reactions using solar energy and available resources like carbon dioxide (CO) and water. Organic polymer material-based photocatalytic materials are thought to be one way to convert solar energy into valuable chemicals and other solar fuels. The use of porous organic polymers (POPs) for CO fixation and capture and sequestration to produce beneficial compounds to reduce global warming is still receiving a lot of interest. Visible light-responsive organic photopolymers that are functionally designed and include a large number of heteroatoms and an extended π-conjugation allow for the generation of photogenerated charge carriers, improved absorption of visible light, increased charge separation, and decreased charge recombination during photocatalysis. Due to their rigid structure, high surface area, flexible pore size, permanent porosity, and adaptability of the backbone for the intended purpose, POPs have drawn more and more attention. These qualities have been shown to be highly advantageous for numerous sustainable applications. POPs may be broadly categorized as crystalline or amorphous according to how much long-range order they possess. In terms of performance, conducting POPs outperform inorganic semiconductors and typical organic dyes. They are light-harvesting materials with remarkable optical characteristics, photostability, cheap cost, and low cytotoxicity. Through cocatalyst loading and morphological tweaking, this review presents optimization options for POPs preparation techniques. We provide an analysis of the ways in which the preparative techniques will affect the materials' physicochemical characteristics and, consequently, their catalytic activity. An inventory of experimental methods is provided for characterizing POPs' optical, morphological, electrochemical, and catalytic characteristics. The focus of this review is to thoroughly investigate the photochemistry of these polymeric organic photocatalysts with an emphasis on understanding the processes of internal charge generation and transport within POPs. The review covers several types of amorphous POP materials, including those based on conjugated microporous polymers (CMPs), inherent microporosity polymers, hyper-crosslinked polymers, and porous aromatic frameworks. Additionally, common synthetic approaches for these materials are briefly discussed.