Harnessing Proton-Coupled Electron Transfer in Covalent Organic Frameworks for High-Yield H 2 O 2 Photosynthesis

光合作用 光催化 电子转移 分子 质子化 共价键 制氢 过氧化氢 化学 质子耦合电子转移 质子 电泳剂 人工光合作用 分子内力 纳米技术 选择性 组合化学 材料科学 光化学 小分子 质子输运 纳米材料 催化作用 氢 有机分子 共价有机骨架 分解水 过程(计算)
作者
Nuonan Mu,Ze Luo,Wei Shan,Haibo Huang,Hua Tang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (39): 16534-16543 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c06234
摘要

Photocatalytic H 2 O 2 production via the 2e – ORR is a promising green technology but suffers from competition with the 4e – ORR and inherent limitations in traditional photocatalysts. To address these limitations, we developed a strategy leveraging the PCET process by synthesizing pyridazine-functionalized, nitrogen-doped COFs to enhance electrophilicity followed by H 3 PO 4 treatment to introduce proton-conducting H 3 PO 4 molecules via hydrogen bonding. The resulting protonated P-TpDz exhibits significantly improved H 2 O 2 photocatalytic activity and selectivity over the two-electron pathway compared with the pristine COF, attributed to enhanced charge separation and facilitated proton transport. Mechanistic studies suggest that the H 3 PO 4 molecules promotes rapid proton delivery to active sites, thus lowering the energy barrier for hydroperoxyl radical reduction to H 2 O 2 .
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