Linkage engineering in covalent organic frameworks as metal-free oxygen reduction electrocatalysts for hydrogen peroxide production

共价有机骨架 共价键 过氧化氢 亚胺 催化作用 化学 胺气处理 选择性 金属 光化学 过氧化物 分子 组合化学 无机化学 有机化学
作者
Shaoda Huang,Bingyan Zhang,Dongshuang Wu,Yifan Xu,Hongyin Hu,Fang Duan,Han Zhu,Mingliang Du,Shuanglong Lu
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:340: 123216-123216 被引量:71
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123216
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) are promising platforms with tailorable structures toward metal-free electrocatalytic oxygen reduction (ORR). Here, COFs with different linkages were constructed and explored in the selective two-electron ORR (2e- ORR) for hydrogen peroxide (H2O2) production. Interestingly, imine-linked Py-TD-COF delivers a remarkable H2O2 selectivity of 80–92 %, while amine-linked Py-TD-COF-NH exhibits relatively low H2O2 selectivity of 50–61 %. Experimental and theoretical results reveal that the donor-accepter property of Py-TD-COF enables proper activation of O2, while Py-TD-COF-NH shows relatively high activation of O2 due to the electronic modulation induced by the linkage transformation. Furthermore, the potential H-bonding between the amine group and the adsorbed oxygen molecules on Py-TD-COF-NH is proved to elongate the OO bond, thus accelerating the subsequent hydrogenation and lowering the barrier for the reduction of *OOH to *O intermediates. This work highlights the importance of suitable linkages and provides a guideline for designing metal-free COF catalysts for 2e- ORR.
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