Modulating the Band Structure of Metal Coordinated Salen COFs and an In Situ Constructed Charge Transfer Heterostructure for Electrocatalysis Hydrogen Evolution

材料科学 共价键 金属 原位 电催化剂 异质结 电荷(物理) 无机化学 化学工程 电化学 化学 物理化学 电极 有机化学 光电子学 量子力学 物理 工程类 冶金
作者
Boying Zhang,Liling Chen,Zhenni Zhang,Qing Li,Phathutshedzo Khangale,Diane Hildebrandt,Xinying Liu,Qingliang Feng,Shanlin Qiao
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (22) 被引量:77
标识
DOI:10.1002/advs.202105912
摘要

Abstract A series of crystalline, stable Metal (Metal = Zn, Cu, Ni, Co, Fe, and Mn)‐Salen covalent organic framework (COF) EDA complex are prepared to continuously tune the band structure of Metal‐Salen COF EDA , with the purpose of optimizing the free energy intermediate species during the hydrogen evolution reaction (HER) process. The conductive macromolecular poly(3,4‐ethylenedioxythiophene) (PEDOT) is subsequently integrated into the one‐dimensional (1D) channel arrays of Metal‐Salen COF EDA to form heterostructure PEDOT@Metal‐Salen COF EDA via the in situ solid‐state polymerization method. Among the Metal‐Salen COF EDA and PEDOT@Metal‐Salen COF EDA complexes, the optimized PEDOT@Mn‐Salen COF EDA displays prominent electrochemical activity with an overpotential of 150 mV and a Tafel slope of 43 mV dec −1 . The experimental results and density of states data show that the continuous energy band structure modulation in Metal‐Salen COF EDA has the ability to make the metal d ‐orbital interact better with the s ‐orbital of H, which is conducive to electron transport in the HER process. Moreover, the calculated charge density difference indicates that the heterostructures composed of PEDOT and Metal‐Salen COF EDA induce an intramolecular charge transfer and construct highly active interfacial sites.
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