Boosting Photocatalytic Hydrogen Peroxide Production from Oxygen and Water Using a Hafnium-Based Metal–Organic Framework with Missing-Linker Defects and Nickel Single Atoms

光催化 金属有机骨架 催化作用 过氧化氢 水溶液 连接器 光化学 分解 制氢 材料科学 分解水 化学 有机化学 吸附 计算机科学 操作系统
作者
Yoshifumi Kondo,K. Honda,Yasutaka Kuwahara,Kohsuke Mori,Hisayoshi Kobayashi,Hiromi Yamashita
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (24): 14825-14835 被引量:63
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c04940
摘要

Metal–organic frameworks (MOFs) are one of the most promising candidates for photocatalytic hydrogen peroxide (H2O2) production from dioxygen (O2) and water. However, MOF-driven H2O2 production from O2 and water remains a challenge because MOF photocatalysts need to exhibit high structural stability in aqueous reaction systems while suppressing H2O2 decomposition. In the present study, we demonstrate that a Hf-based UiO-66-NH2 with missing-linker defects and Ni single atoms dramatically promotes the photocatalytic production of H2O2 from O2 and water under visible-light (λ > 420 nm) irradiation. The acetate-capped missing-linker defects lead to suppression of the nonradiative relaxation of organic linkers and to the prevention of H2O2 decomposition, whereas the Ni single-atom cocatalysts promote the separation of photogenerated charges and selective two-electron oxidation of water to generate H2O2. The synergetic effect of missing-linker defects and Ni single atoms dramatically improves photocatalytic H2O2 production, resulting in a 6.3-fold increase in activity compared with that of pristine Hf-UiO-66-NH2. This study provides not only new insights into defect engineering in MOF photocatalysts but also an important strategy for achieving highly selective H2O2 production via O2 reduction and water oxidation.
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