Unveiling Active Sites and Charge Carrier Dynamics in Copper–Phosphonobenzoate Photohybrids for Efficient H 2 O 2 Generation

双功能 离域电子 材料科学 电荷(物理) 化学物理 吸附 密度泛函理论 八面体 分子动力学 平面的 载流子 电子转移 电子 结晶学 纳米技术 有机太阳能电池 导带 光催化 协调数 轨道能级差 计算化学 电荷密度 析氧 衍射 电子结构 基本电荷 电子传输链 电化学 配体(生物化学) 拓扑量子数
作者
Archana Kumari Pattnaik,Newmoon Priyadarshini,Shibu Meher,Gobinda C. Behera,Abhishek K. Singh,Kulamani Parida
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71388
摘要

ABSTRACT Solar‐driven, highly selective chemical transformation reactions remain a persistent challenge for artificial photosynthetic systems. Herein, two copper‐phosphonobenzoate photohybrid coordination polymers (PCPs), m ‐CBP and p ‐CBP, are introduced, highlighting distinct photocatalytic behavior arising from their structurally differentiated frameworks. Single‐crystal x‐ray diffraction reveals that the positional isomerism of the bifunctional phosphonobenzoate ligand, in combination with an auxiliary bipyridine, organizes Cu (II) centers into distinct coordination geometries and flexible framework dimensionalities. Although p ‐CBP exhibits a slightly narrower optical bandgap, m ‐CBP displays more favorable band alignment, lower O 2 adsorption energy and more efficient charge separation, resulting in markedly enhanced H 2 O 2 generation (1915 µmol g −1 h −1 ) under simulated solar irradiation. The paddle wheel Cu(II) creates shorter Cu…Cu contacts and extended delocalized pathways, which accelerate electron transfer to surface‐bound O 2 and facilitate two electron oxygen reduction (2e − ORR) pathway. In contrast, p‐ CBP featuring isolated square planar and octahedral sites exhibits localized charge density and diminished 2e − ORR selectivity. Furthermore, radical‐trapping experiments confirm a two‐electron pathway predominantly, and DFT studies reveal the energy profiles of O 2 adsorption sites. Together, these findings illustrate a design strategy for constructing framework architectures with regioisomeric bifunctional groups regulating coordination environments, charge transport and ORR selectivity, precisely tailoring structure‐property‐function dynamics in solar‐driven H 2 O 2 photosynthesis.
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