Designing Thiophene‐Enriched Fully Conjugated 3D Covalent Organic Framework as Metal‐Free Oxygen Reduction Catalyst for Hydrogen Fuel Cells

催化作用 共轭体系 噻吩 化学 共价键 材料科学 共价有机骨架 阴极 纳米技术 化学工程 有机化学 聚合物 复合材料 工程类 物理化学
作者
Rui Bao,Zhehao Xiang,Zelong Qiao,Yongping Yang,Yuting Zhang,Dapeng Cao,Shitao Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:135 (4) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/ange.202216751
摘要

Abstract The application of three‐dimensional (3D) covalent organic frameworks (COFs) in renewable energy fields is greatly limited due to their non‐conjugated skeletons. Here, we design and successfully synthesize a thiophene‐enriched fully conjugated 3D COF (BUCT‐COF‐11) through an all‐thiophene‐linked saddle‐shaped building block (COThTh‐CHO). The BUCT‐COF‐11 exhibits excellent semiconducting property with intrinsic metal‐free oxygen reduction reaction (ORR) activity. Using the COF as cathode catalyst, the assembled anion‐exchange membrane fuel cells (AEMFCs) exhibited a high peak power density up to 493 mW cm −2 . DFT calculations reveal that thiophene introduction in the COF not only improves the conductivity but also optimizes the electronic structure of the sample, which therefore boosts the ORR performance. This is the first report on the application of COFs as metal‐free catalysts in fuel cells, demonstrating the great potential of fully conjugated 3D COFs as promising semiconductors in energy fields.
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