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:199
标识
DOI:10.1002/adma.202109203
摘要

Abstract 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 SnO 2 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‐NH 2 , PCN‐222, and DUT‐67) to afford M 1 /SnO 2 /MOF architecture. Taking UiO‐66‐NH 2 as a representative, the Pt 1 /SnO 2 /MOF exhibits approximately five times higher activity toward photocatalytic H 2 production than the corresponding Pt nanoparticles (≈2.5 nm) stabilized by SnO 2 /UiO‐66‐NH 2 . Remarkably, despite featuring identical parameters in the chemical microenvironment and support in M 1 /SnO 2 /UiO‐66‐NH 2 , the Pt 1 catalyst possesses a hydrogen evolution rate of 2167 µmol g –1 h –1 , superior to the Cu 1 and Ni 1 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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