Linker Engineering for Reactive Oxygen Species Generation Efficiency in Ultra-Stable Nickel-Based Metal–Organic Frameworks

化学 金属有机骨架 活性氧 氧气 金属 连接器 化学工程 有机化学 生物化学 吸附 计算机科学 工程类 操作系统
作者
Kun Wu,Xin-Yi Liu,Pei-Wen Cheng,Yong‐Liang Huang,Ji Zheng,Mo Xie,Weigang Lu,Dan Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (34): 18931-18938 被引量:164
标识
DOI:10.1021/jacs.3c05585
摘要

Interfacial charge transfer on the surface of heterogeneous photocatalysts dictates the efficiency of reactive oxygen species (ROS) generation and therefore the efficiency of aerobic oxidation reactions. Reticular chemistry in metal–organic frameworks (MOFs) allows for the rational design of donor–acceptor pairs to optimize interfacial charge-transfer kinetics. Herein, we report a series of isostructural fcu-topology Ni8-MOFs (termed JNU-212, JNU-213, JNU-214, and JNU-215) with linearly bridged bipyrazoles as organic linkers. These crystalline Ni8-MOFs can maintain their structural integrity in 7 M NaOH at 100 °C for 24 h. Experimental studies reveal that linker engineering by tuning the electron-accepting capacity of the pyrazole-bridging units renders these Ni8-MOFs with significantly improved charge separation and transfer efficiency under visible-light irradiation. Among them, the one containing a benzoselenadiazole unit (JNU-214) exhibits the best photocatalytic performance in the aerobic oxidation of benzylamines with a conversion rate of 99% in 24 h. Recycling experiments were carried out to confirm the stability and reusability of JNU-214 as a robust heterogeneous catalyst. Significantly, the systematic modulation of the electron-accepting capacity of the bridging units in donor–acceptor–donor MOFs provides a new pathway to develop viable noble-metal-free heterogeneous photocatalysts for aerobic oxidation reactions.
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