Synergistic Metal‐Nonmetal Active Sites in a Metal‐Organic Cage for Efficient Photocatalytic Synthesis of Hydrogen Peroxide in Pure Water

光催化 催化作用 非金属 过氧化氢 化学 金属 光化学 分解水 多金属氧酸盐 无机化学 材料科学 有机化学
作者
Jiani Lu,Jingjing Liu,Jingjing Liu,Long‐Zhang Dong,Jiao‐Min Lin,Fei Yu,Jiang Liu,Jiang Liu,Ya‐Qian Lan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (36): e202308505-e202308505 被引量:123
标识
DOI:10.1002/anie.202308505
摘要

Photocatalytic synthesis of hydrogen peroxide (H2 O2 ) is a potential clean method, but the long distance between the oxidation and reduction sites in photocatalysts hinders the rapid transfer of photogenerated charges, limiting the improvement of its performance. Here, a metal-organic cage photocatalyst, Co14 (L-CH3 )24 , is constructed by directly coordinating metal sites (Co sites) used for the O2 reduction reaction (ORR) with non-metallic sites (imidazole sites of ligands) used for the H2 O oxidation reaction (WOR), which shortens the transport path of photogenerated electrons and holes, and improves the transport efficiency of charges and activity of the photocatalyst. Therefore, it can be used as an efficient photocatalyst with a rate of as high as 146.6 μmol g-1 h-1 for H2 O2 production under O2 -saturated pure water without sacrificial agents. Significantly, the combination of photocatalytic experiments and theoretical calculations proves that the functionalized modification of ligands is more conducive to adsorbing key intermediates (*OH for WOR and *HOOH for ORR), resulting in better performance. This work proposed a new catalytic strategy for the first time; i.e., to build a synergistic metal-nonmetal active site in the crystalline catalyst and use the host-guest chemistry inherent in the metal-organic cage (MOC)to increase the contact between the substrate and the catalytically active site, and finally achieve efficient photocatalytic H2 O2 synthesis.
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