A thioether-functionalized pyrene-based covalent organic framework anchoring ultrafine Au nanoparticles for efficient photocatalytic hydrogen generation

硫醚 光催化 结晶度 材料科学 纳米颗粒 芘 化学工程 共价有机骨架 双金属片 共价键 催化作用 光化学 纳米技术 化学 有机化学 复合材料 高分子化学 冶金 金属 工程类
作者
Zhiming Zhou,Chuanbiao Bie,Peize Li,Bien Tan,Yan Fang Shen
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:43 (10): 2699-2707 被引量:41
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(22)64118-4
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) have lately emerged as a blooming class of potential materials for photocatalytic water splitting because of their high crystallinity, huge surface areas, and structural versatility. However, the photocatalytic performance for most pure COFs face some limitations factors, such as the significant recombination of photogenerated carriers and slow charge transfer. Herein, a novel thioether-functionalized pyrene-based COF (S4-COF) was effectively produced and chosen as a support for the immobilization of ultrafine gold nanoparticles (Au NPs). S4-COF photocatalyst with Au as cocatalyst demonstrates remarkable photocatalytic activity with a H2 generation rate of 1377 μmol g−1 h−1 under visible light (>420 nm), which is ca. 4.5-fold increase comparing to that of pure S4-COF (302 μmol g−1 h−1). Au NPs anchored on S4-COF possess an ultrafine size distribution ranging from 1.75 to 6.25 nm with an average size centered at 3.8 nm, which benefits from the coordination interaction between thioether groups and Au. Meanwhile, the produced [email protected]4-COF can generate a stable photocatalytic H2 generation during the four recycles and preserve its crystallinity structure after the stability testing. The Au NPs anchored on the S4-COF photocatalyst can greatly accelerate the separation of photogenerated carriers and increase charge transfer because of the combined function of Au NPs and thioether groups. Such a method can not only prevent the aggregation of Au NPs onto thioether-containing COFs to achieve long-term photostability but also allow uniform dispersion for an ordered structure of photocatalysts. This work provides a rational strategy for designing and preparing COF-based photocatalysts for solar-driven H2 production.
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