Side‐Chain‐Induced Interlayer Slipping in Metalloporphyrin COFs Enables Microenvironment and Spin‐State Regulation for Photocatalytic CO 2 Reduction

堆积 材料科学 光催化 催化作用 滑倒 选择性 化学工程 吸附 制氢 单体 光化学 动力学 纳米技术 解耦(概率) 配体(生物化学) 可见光谱 共价键 反应速率常数 自旋态 选择性催化还原 氧化还原 金属有机骨架 分解水 烷氧基 还原剂 共价有机骨架 金属
作者
Jie He,Qingxuan Chen,Minxian Zhang,Wenhao Zhao,Aoni Xu,Jinqiang Zhang,Hongqi Sun,Shaobin Wang,Xiaoguang Duan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e74747-e74747
标识
DOI:10.1002/adma.74747
摘要

ABSTRACT Photocatalytic CO 2 reduction (CO 2 RR) involves a cascade of intrinsically coupled processes, rendering the independent optimization of catalytic kinetics and thermodynamics challenging. In this study, we introduce a structural regulation strategy via steric‐driven interlayer slipping engineering of metalloporphyrin‐based covalent organic frameworks (COFs) to decouple and simultaneously optimize the catalytic microenvironment and the spin state of the active metal center. Through regulating the length of alkoxy side‐chains, conventional AA stacking is transformed into a moderately serrated slipped configuration (AA*). Kinetically, the resulting slipped nanochannels enhance local hydrophobicity and spatial confinement, thereby greatly enriching in‐channel CO 2 concentration and suppressing hydrogen evolution. Thermodynamically and electronically, this interlayer slipping reconstructs the ligand field of catalytic Co sites and maximizes vertical π–d exchange interactions. As a result, this triggers a collective spin transition from isolated low‐spin ( S = 1/2) monomers to a high‐spin ( S = 3/2) state, which significantly prolongs charge carrier lifetimes and optimizes the adsorption and activation of the *COOH intermediate. Consequently, the optimized CoP‐COFs deliver a record CO production rate of 71.4 mmol g −1 h −1 with 90% selectivity among porphyrin‐based COF photocatalysts. This work establishes stacking engineering as a versatile strategy for decoupling entangled reaction steps to enable efficient solar fuel production.
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