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Proton‐Coupling Electron Transfer Kinetics Modulation via Substitution Isomerism of Amino Groups in MOFs to Switch CO 2 Photoreduction Pathways from HCOOH to CH 3 COOH

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作者
Xia Li,Ren Ma,Zhengqiang Xia,Qibin Yang,Yi-Xia Ren,Gang Xie,Sanping Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (3): e12480-e12480 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adma.202512480
摘要

Selective photoreduction of CO2 into high-value C2 products is highly desirable but challenging due to the high-energy-barrier C-C coupling and sluggish proton-coupling electron transfers (PCET). Herein, CsPbBr3 (CPB) quantum dots are in-situ encapsulated within amino-functionalized Fe/UiO-67-X (X = meta-NH2, ortho-NH2, ortho-2NH2) frameworks for efficient CO2 photoreduction. X-ray absorption spectroscopy confirms the presence of charge-asymmetrical ZrFe sites that promote C-C coupling and the covalently-connected Pb-N electron-transfer "bridge" that enhances carrier kinetics. Notably, the o-2NH2-functionalized CPB@Fe/UiO-67-o-2NH2 achieves a CH3COOH productivity of 257.22 µmol·g-1·h-1 with 98.72% selectivity, whereas the m-NH2-substituted analog (CPB@Fe/UiO-67-m-NH2) exclusively produces HCOOH. Comprehensive analyses demonstrate that the o-NH2 groups facilitate ultrafast electron transfer via a near Pb-N bridge and organize interfacial H2O into proton-conducting networks to ensure synchronized proton-supply. In-situ DRIFT and DFT calculations confirm that the o-NH2-induced rapid PCETdrives the conversion of *COOH at Zr sites to *CO, which subsequently couples with stabilized *COOH at Fe sites to form the critical *OC-COOH with the lowest energy barrier compared to *HOOC-COOH or *OC-CO pathways. This work establishes a design paradigm that necessitates the "temporal alignment" and "spatial coupling" of H⁺ and e- at active sites for achieving high-performance CO2-to-C2 photoreduction by modulating interfacial electron-proton dynamics through simple group isomerism.
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