Nickel Single Atoms Reconfigured 3D COFs Boost H 2 O 2 Photosynthesis

共价键 光催化 材料科学 催化作用 密度泛函理论 纳米技术 芴酮 电子转移 分子 共价有机骨架 吸附 共轭体系 人工光合作用 化学物理 光化学 电荷(物理) 可见光谱 激子 载流子 纳米结构 光致变色 三元运算
作者
Lei Hao,Rongchen Shen,Can Huang,Guijie Liang,Peng Zhang,Xiao Li,Xiaoming Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (19): e15814-e15814
标识
DOI:10.1002/anie.202515814
摘要

ABSTRACT Designing and implementing novel COFs with unique 3D topologies stand among the foremost methods for unlocking new structures and functions. Such designs address critical limitations inherent in traditional 2D covalent organic frameworks (2D COFs), including obscure active sites, constrained interlayer charge transport, and suboptimal exciton utilization. This work reports the synthesis of a 3D COF (PhFOONi‐COF) featuring a helical‐staggered interlayer‐connected topology, achieved through sequential covalent assembly and precise nickel anchoring. The resulting hybrid bonding setup naturally creates continuous pathways for charge transfer and spatially open catalytic sites, thus efficiently balancing the activity‐selectivity dilemma in photocatalytic H 2 O 2 production. The integrated framework, featuring nitrogen‐engineered fluorenone units coordinated with Ni centers, exhibits exceptional photocatalytic performance with a H 2 O 2 production rate of 9.73 mmol g −1 h −1 under visible light, which is 15 times that of its purely covalent counterpart. Advanced in situ investigations and density functional theory calculations systematically reveal that the integrated covalent‐coordination structure facilitates dual functionality: the Ni‐N4 sites geometrically confine O 2 molecules in optimal adsorption configurations, and the conjugated fluorenone skeleton enables directional electron funneling to catalytic centers through orbital hybridization. This work pioneers a paradigm‐shifting strategy for designing multifunctional photocatalytic platforms through atomic‐level integration of covalent and coordination networks.
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