Custom‐Design of Strong Electron/Proton Extractor on COFs for Efficient Photocatalytic H2O2 Production

光催化 提取器 质子 化学 纳米技术 材料科学 催化作用 工艺工程 有机化学 物理 工程类 核物理学
作者
Liyao Li,Ximeng Lv,Yuanyuan Xue,Huibo Shao,Gengfeng Zheng,Qing Han
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:136 (15) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/ange.202320218
摘要

Abstract The development of photocatalysts with continuous electron extraction and rapid proton transfer could kinetically accelerate the artificial photosynthesis, but remains a challenge. Herein, we report the topology‐guided synthesis of a high‐crystalline triazine covalent organic framework (COF) decorated by uniformly distributed polar oxygen functional groups (sulfonic group or carboxyl) as the strong electron/proton extractor for efficient photocatalytic H2O2 production. It was found that the polarity‐based proton transfer as well as electron enrichment in as‐obtained COFs played a crucial role in improving the H2O2 photosynthesis efficiency (i.e., with an activity order of sulfonic acid‐ (SO3H‐COF)>carboxyl‐ (COOH‐COF)>hydrogen‐ (H‐COF) functionalized COFs). The strong polar sulfonic acid group in the high‐crystalline SO3H‐COF triggered a well‐oriented built‐in electric field and more hydrophilic surface, which serves as an efficient carrier extractor enabling a continuous transportation of the photogenerated electrons and interfacial proton to the active sites (i.e., C atoms linked to −SO3H group). As‐accelerated proton‐coupled electron transfer (PCET), together with the stabilized O2 adsorption finally leads to the highest H2O2 production rate of 4971 μmol g−1 h−1 under visible light irradiation. Meanwhile, a quantum yield of 15 % at 400 nm is obtained, superior to most reported COF‐based photocatalysts.
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