A General Strategy to Immobilize Single‐Atom Catalysts in Metal–Organic Frameworks for Enhanced Photocatalysis

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作者
Jianfei Sui,Hang Liu,Shao‐Jin Hu,Kang Sun,Gang Wan,Hua Zhou,Xiao Zheng,Hai‐Long Jiang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (6): e2109203-e2109203 被引量:189
标识
DOI:10.1002/adma.202109203
摘要

Single-atom catalysts (SACs) are witnessing rapid development due to their high activity and selectivity toward diverse reactions. However, it remains a grand challenge in the general synthesis of SACs, particularly featuring an identical chemical microenvironment and on the same support. Herein, a universal synthetic protocol is developed to immobilize SACs in metal-organic frameworks (MOFs). Significantly, by means of SnO2 as a mediator or adaptor, not only different single-atom metal sites, such as Pt, Cu, and Ni, etc., can be installed, but also the MOF supports can be changed (for example, UiO-66-NH2 , PCN-222, and DUT-67) to afford M1 /SnO2 /MOF architecture. Taking UiO-66-NH2 as a representative, the Pt1 /SnO2 /MOF exhibits approximately five times higher activity toward photocatalytic H2 production than the corresponding Pt nanoparticles (≈2.5 nm) stabilized by SnO2 /UiO-66-NH2 . Remarkably, despite featuring identical parameters in the chemical microenvironment and support in M1 /SnO2 /UiO-66-NH2 , the Pt1 catalyst possesses a hydrogen evolution rate of 2167 µmol g-1 h-1 , superior to the Cu1 and Ni1 counterparts, which is attributed to the differentiated hydrogen binding free energies, as supported by density-functional theory (DFT) calculations. This is thought to be the first report on a universal approach toward the stabilization of SACs with identical chemical microenvironment on an identical support.
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