Radiation-Powered Catalytic Alchemy: 3e– Reduction of Perrhenate via Confined Active Sites in Covalent Organic Framework Nanoreactors

化学 过氯酸盐 催化作用 纳米反应器 共价键 无机化学 还原(数学) 光化学 有机化学 铼 几何学 数学
作者
Yue Wang,Weiyi Wang,Haoyu Peng,Yiqian Wu,Chengguang Yang,Yicheng Wang,Jing Peng,Jiuqiang Li,Zhifang Chai,Li‐Yong Yuan,Maolin Zhai,Wei‐Qun Shi
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (35): 32015-32027 被引量:9
标识
DOI:10.1021/jacs.5c09962
摘要

The catalytic reduction of high-valent metal oxysalts to their low-valent counterparts represents a pivotal route for environmental remediation and sustainable resource recovery. However, the inherently low redox potentials of certain oxysalts, exemplified by perrhenate (ReO 4 – ), pose a persistent challenge for conventional reduction strategies. Herein, we report a rationally designed π-conjugated olefin-linked covalent organic framework (COF) catalyst, which incorporates isolated transition metal centers (M = Ni or Cu) to facilitate the γ-ray-powered catalytic reduction of ReO 4 – . Through synergistic spatial confinement and electronic modulation, the catalyst enables near-quantitative selectivity toward ReO 2 production via a unique three-electron (3e – ) transfer pathway, overcoming the bottleneck of multielectron reduction. The energy efficiency of the reduction reaches up to 42.1 mmol MJ –1 . Synergistic experimental and theoretical investigations reveal that radiation-generated hydrated electrons (e aq – ) participate in a coordination-electron relay process, involving a critical μ-oxo double-bridged [M–O(O)–Re] intermediate. Remarkably, the conjugated COF demonstrates superior radiation resistance, retaining crystallinity and porosity after prolonged irradiation. This work establishes a new paradigm for harnessing COFs as robust platforms for heterogeneous radiation catalysis, with potential applications in the treatment of redox-recalcitrant pollutants.
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