Precise Electronic Modulation of Thianthrene‐Cored Covalent Organic Frameworks for High‐Efficiency H 2 O 2 Electrosynthesis in Neutral Media

电合成 材料科学 共价键 法拉第效率 电催化剂 亚胺 催化作用 电化学 选择性 过氧化氢 产量(工程) 共价有机骨架 纳米技术 连接器 分解水 碳纳米管 氧化还原 组合化学 氢 碳纤维 光化学 工作(物理) 金属有机骨架 混合材料 析氧 可逆氢电极 活动站点 分子工程 电子结构 化学工程 密度泛函理论
作者
X X Xu,Yihe Chen,Shuang Zheng,Qingqing Cheng,Yue Wang,Shijie Ma,Yanhong Xu,Qi Xu,Gaofeng Zeng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (46) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.75407
摘要

ABSTRACT Covalent organic frameworks (COFs) have emerged as tunable electrocatalysts for hydrogen peroxide synthesis via two‐electron oxygen reduction in alkaline media. However, inherent H 2 O 2 decomposition in such environments necessitates the development of neutral‐pH alternatives, which remains an unresolved challenge for COF‐based systems. Herein, this work pioneers thianthrene‐integrated COF catalysts for efficient H 2 O 2 electrosynthesis under neutral conditions. By engineering linker architectures, we constructed three COFs with comparable crystallinity, porosities, and stability, but distinct electronic states. The optimized TFPTA‐TTPE‐COF exhibits high activity with a mass activity of 11.8 A g −1 and the H 2 O 2 selectivity of 93.8%. Importantly, flow‐cell system validation demonstrates industrial‐scale productivity, achieving 4461 mmol g −1 h −1 H 2 O 2 yield at a faradaic efficiency of 79.7% under 150 mA cm −2 . Theoretical analyses establish carbon atoms within imine linkers as primary active sites, where subtle structural variations fine‐tune OOH* intermediate binding energies to govern activity and selectivity. This work provides fundamental insights into designing active COFs electrocatalysts for sustainable H 2 O 2 production.
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