Rational Synthesis of Isomeric Graphdiyne Frameworks toward Single‐Ruthenium Catalysts and High‐Performance Nitrogen Reduction

材料科学 天青 催化作用 拓扑(电路) 轨道能级差 带隙 纳米技术 电子结构 计算化学 分子 光化学 光电子学 有机化学 化学 数学 组合数学
作者
Boxu Feng,Dong Zhang,Zhiya Han,Pengfei Shi,Pu Yan,Jinyu Zhao,Senhe Huang,Kaiyue Jiang,Huiping Ji,Jichao Zhang,Jinhui Zhu,Chenbao Lu,Kecheng Cao,Xiaodong Zhuang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (21): e2502980-e2502980 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adma.202502980
摘要

Abstract Graphdiynes (GDYs), synthesized via direct coupling of arylacetylenes, have attracted great attention due to their unique electronic properties and structural diversity, typically forming 2D layered frameworks. However, crystalline GDY‐like frameworks with 3D topology remain challenging to synthesize. Here, the study reports two highly crystalline, isomeric GDY‐like frameworks with ThSi2 topology, constructed from 2,2′‐binaphthalene and 6,6′‐biazulene‐based monomers. The azulene‐based framework, due to its large dipole moment, exhibits a narrow bandgap of 1.15 eV, significantly lower than its naphthalene counterpart (2.33 eV). As ruthenium (Ru) single‐atom supports, these frameworks enable strong Ru‐diyne interactions, achieving an ammonia yield rate of 188.7 ± 1.6 µg h −1 mg cat −1 and a Faradaic efficiency of 37.4 ± 0.6%. Such bicontinuous channels and tunable electronic structures offer electrocatalysis field new opportunities. Moreover, the azulene‐based framework, featuring a higher highest occupied molecular orbital and lower lowest unoccupied molecular orbital energy level, ensures superior electron mobility. These 3D crystalline frameworks introduce a new covalent organic framework (COF) family with diyne linkages and pure carbon skeletons, broadening the scope of COF materials. Their well‐defined structures provide an ideal platform for tuning optoelectronic properties, enabling fundamental studies on structure‐property relationships and opening new opportunities for catalytic and electronic applications.
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