Tailoring Backbone Angles of Regioisomeric Covalent Organic Frameworks: Distinct O 2 Adsorption Modes Enabling Efficient H 2 O 2 Electrosynthesis

共价键 二面角 吸附 催化作用 化学 电合成 法拉第效率 氧气 偶极子 析氧 多孔性 醛 化学工程 多金属氧酸盐 乙腈 多相催化 静电学 电化学 产量(工程) 共价有机骨架 分子氧 化学物理 纳米技术 分子几何学 工作(物理) 计算化学 氧原子 材料科学 Atom(片上系统) 化学吸附 组合化学
作者
Yali Xing,Shuo Chen,Han Wang,Xue Zhang,Sun Ning,付晟静,Xiaojing Long
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.5704652
摘要

ABSTRACT Covalent organic frameworks (COFs) possess periodic skeletons and well‐defined catalytic sites, allowing precise molecular‐level regulation of interfacial properties in electrocatalytic oxygen reduction. However, conventional structural modifications fail to systematically tune oxygen adsorption geometry and interfacial electronic coupling. Here, we report a linkage‐angle engineering strategy that alters the bonding positions of reactive aldehyde groups to fabricate three regioisomeric COFs with predefined backbone dihedral angles of 180°, 120°, and 60°. The angle‑driven regioisomeric effect induces considerable differences in dipole moments together with uneven charge distribution. These collective structural features remodel oxygen‑surface interactions and modulate the intrinsic catalytic kinetics. Theoretical calculations confirm that the compact 60° framework of o ‐TPDA‐COF reconstructs confined pore interfacial microenvironments. Unlike the Griffiths‑type oxygen adsorption favored in its angular analogues, molecular oxygen preferentially adopts the Pauling configuration within o ‐TPDA‐COF to stabilize OOH* intermediates. Consequently, the optimal o ‐TPDA‐COF reaches an excellent H 2 O 2 productivity of 12.82 mol g cat −1 h −1 and a Faradaic efficiency (FE) of 91.64%. This work realizes controllable modulation of oxygen‑adsorption behaviors in COF‑based 2e – oxygen reduction, delivering a novel geometry‑oriented design paradigm for porous electrocatalytic frameworks.
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