Post-synthetic modification of covalent organic frameworks for CO2 electroreduction

共价键 共价有机骨架 化学 离子键合 催化作用 组合化学 选择性 胺气处理 分子 非共价相互作用 金属有机骨架 材料科学 纳米技术 有机化学 吸附 离子 氢键
作者
Minghao Liu,Shuai Yang,Xiubei Yang,Cheng‐Xing Cui,Guojuan Liu,Xuewen Li,Jun He,George Z. Chen,Qing Xu,Gaofeng Zeng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:114
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39544-9
摘要

To achieve high-efficiency catalysts for CO2 reduction reaction, various catalytic metal centres and linker molecules have been assembled into covalent organic frameworks. The amine-linkages enhance the binding ability of CO2 molecules, and the ionic frameworks enable to improve the electronic conductivity and the charge transfer along the frameworks. However, directly synthesis of covalent organic frameworks with amine-linkages and ionic frameworks is hardly achieved due to the electrostatic repulsion and predicament for the strength of the linkage. Herein, we demonstrate covalent organic frameworks for CO2 reduction reaction by modulating the linkers and linkages of the template covalent organic framework to build the correlation between the catalytic performance and the structures of covalent organic frameworks. Through the double modifications, the CO2 binding ability and the electronic states are well tuned, resulting in controllable activity and selectivity for CO2 reduction reaction. Notably, the dual-functional covalent organic framework achieves high selectivity with a maximum CO Faradaic efficiency of 97.32% and the turnover frequencies value of 9922.68 h-1, which are higher than those of the base covalent organic framework and the single-modified covalent organic frameworks. Moreover, the theoretical calculations further reveal that the higher activity is attributed to the easier formation of immediate *CO from COOH*. This study provides insights into developing covalent organic frameworks for CO2 reduction reaction.
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