Introducing Hydrogen-Bonding Microenvironment in Close Proximity to Single-Atom Sites for Boosting Photocatalytic Hydrogen Production

化学 光催化 氢键 制氢 Boosting(机器学习) 氢原子 光化学 纳米技术 催化作用 分子 有机化学 烷基 材料科学 机器学习 计算机科学
作者
Shuaishuai Hu,Ming‐Liang Gao,Jiajia Huang,He Wang,Qingyu Wang,Weijie Yang,Zhihu Sun,Xusheng Zheng,Hai‐Long Jiang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (29): 20391-20400 被引量:78
标识
DOI:10.1021/jacs.4c06013
摘要

Inspired by enzymatic catalysis, it is crucial to construct hydrogen-bonding-rich microenvironment around catalytic sites; unfortunately, its precise construction and understanding how the distance between such microenvironment and catalytic sites affects the catalysis remain significantly challenging. In this work, a series of metal-organic framework (MOF)-based single-atom Ru1 catalysts, namely, Ru1/UiO-67-X (X = -H, -m-(NH2)2, -o-(NH2)2), have been synthesized, where the distance between the hydrogen-bonding microenvironment and Ru1 sites is modulated by altering the location of amino groups. The -NH2 group can form hydrogen bonds with H2O, constituting a unique microenvironment that causes an increased water concentration around the Ru1 sites. Remarkably, Ru1/UiO-67-o-(NH2)2 displays a superior photocatalytic hydrogen production rate, ∼4.6 and ∼146.6 times of Ru1/UiO-67-m-(NH2)2 and Ru1/UiO-67, respectively. Both experimental and computational results suggest that the close proximity of amino groups to the Ru1 sites in Ru1/UiO-67-o-(NH2)2 improves charge transfer and H2O dissociation, accounting for the promoted photocatalytic hydrogen production.
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