Piperazine-Linked Metalphthalocyanine Frameworks for Highly Efficient Visible-Light-Driven H2O2 Photosynthesis

化学 可见光谱 光化学 光电流 量子产额 光催化 堆积 吸收(声学) 哌嗪 光合作用 光致发光 荧光 有机化学 光电子学 催化作用 材料科学 物理 复合材料 量子力学 生物化学
作者
Qianjun Zhi,Wenping Liu,Rong Jiang,Xiaoning Zhan,Yucheng Jin,Xin Chen,Xiya Yang,Kang Wang,Wei Cao,Dongdong Qi,Jianzhuang Jiang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (46): 21328-21336 被引量:109
标识
DOI:10.1021/jacs.2c09482
摘要

Artificial photosynthesis of H2O2 from O2 reduction provides an energy-saving, safe, and green approach. However, it is still critical to develop highly active and selective 2e- oxygen reduction reaction photocatalysts for efficient H2O2 production owing to the unsatisfactory photosynthesis productivity. Herein, two new two-dimensional piperazine-linked CoPc-based covalent organic frameworks (COFs), namely, CoPc-BTM-COF and CoPc-DAB-COF, were afforded from the nucleophilic substitution reaction of hexadecafluorophthalocyaninato cobalt(II) (CoPcF16) with 1,2,4,5-benzenetetramine (BTM) or 3,3'-diaminobenzidine (DAB). Powder X-ray diffraction analysis in combination with electron microscopy and a series of spectroscopic technologies reveals their crystalline porous framework with a fully conjugated structure and eclipsed π-stacking model. Ultraviolet-visible diffuse reflectance absorption spectra unveil their excellent light absorption capacity in a wide range of 400-1000 nm. This, together with their enhanced photo-induced charge separation and transport efficiency as disclosed by photocurrent response and photoluminescence measurements, endows the as-prepared piperazine-linked CoPc-based COFs with superior photocatalytic activity toward O2-to-H2O2 conversion under visible-light irradiation (λ > 400 nm). In particular, CoPc-BTM-COF exhibits a record-high H2O2 yield of 2096 μmol h-1 g-1 among the COF-based photocatalysts and an impressive apparent quantum yield of 7.2% at 630 nm. The present result should be helpful for fabricating high-performance and low-cost photocatalysts for visible-light-driven H2O2 photosynthesis.
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