Pyrazine‐Functionalized Donor–Acceptor Covalent Organic Frameworks for Enhanced Photocatalytic H2 Evolution with High Proton Transport

吡嗪 光催化 共价键 材料科学 光化学 氢键 共价有机骨架 质子 电子受体 接受者 化学 分子 有机化学 催化作用 物理 量子力学 凝聚态物理
作者
Fengdong Wang,Lijuan Yang,Xinxin Wang,Yi Rong,Libin Yang,Chenxi Zhang,Fangyou Yan,Qing‐Lun Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (23) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/smll.202207421
摘要

The well-defined 2D or 3D structure of covalent organic frameworks (COFs) makes it have great potential in photoelectric conversion and ions conduction fields. Herein, a new donor-accepter (D-A) COF material, named PyPz-COF, constructed from electron donor 4,4',4″,4'″-(pyrene-1,3,6,8-tetrayl)tetraaniline and electron accepter 4,4'-(pyrazine-2,5-diyl)dibenzaldehyde with an ordered and stable π-conjugated structure is reported. Interestingly, the introduction of pyrazine ring endows the PyPz-COF a distinct optical, electrochemical, charge-transfer properties, and also brings plentiful CN groups that enrich the proton by hydrogen bonds to enhance the photocatalysis performance. Thus, PyPz-COF exhibits a significantly improved photocatalytic hydrogen generation performance up to 7542 µmol g-1 h-1 with Pt as cocatalyst, also in clear contrast to that of PyTp-COF without pyrazine introduction (1714 µmol g-1 h-1 ). Moreover, the abundant nitrogen sites of the pyrazine ring and the well-defined 1D nanochannels enable the as-prepared COFs to immobilize H3 PO4 proton carriers in COFs through hydrogen bond confinement. The resulting material has an impressive proton conduction up to 8.10 × 10-2 S cm-1 at 353 K, 98% RH. This work will inspire the design and synthesis of COF-based materials with both efficient photocatalysis and proton conduction performance in the future.
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