Molecularly Engineered Covalent Organic Frameworks for Hydrogen Peroxide Photosynthesis

光催化 化学 催化作用 人工光合作用 共价有机骨架 过氧化氢 吸附 质子化 光化学 选择性 氧气 共价键 化学工程 有机化学 工程类 离子
作者
Mingpu Kou,Yongye Wang,Yixue Xu,Liqun Ye,Yingping Huang,Baohua Jia,Hui Li,Jiaqi Ren,Yu Deng,Jiahao Chen,Ying Zhou,Kai Lei,Li Wang,Wei Liu,Hongwei Huang,Tianyi Ma
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:61 (19) 被引量:346
标识
DOI:10.1002/anie.202200413
摘要

Synthesizing H2 O2 from water and air via a photocatalytic approach is ideal for efficient production of this chemical at small-scale. However, the poor activity and selectivity of the 2 e- water oxidation reaction (WOR) greatly restricts the efficiency of photocatalytic H2 O2 production. Herein we prepare a bipyridine-based covalent organic framework photocatalyst (denoted as COF-TfpBpy) for H2 O2 production from water and air. The solar-to-chemical conversion (SCC) efficiency at 298 K and 333 K is 0.57 % and 1.08 %, respectively, which are higher than the current reported highest value. The resulting H2 O2 solution is capable of degrading pollutants. A mechanistic study revealed that the excellent photocatalytic activity of COF-TfpBpy is due to the protonation of bipyridine monomer, which promotes the rate-determining reaction (2 e- WOR) and then enhances Yeager-type oxygen adsorption to accelerate 2 e- one-step oxygen reduction. This work demonstrates, for the first time, the COF-catalyzed photosynthesis of H2 O2 from water and air; and paves the way for wastewater treatment using photocatalytic H2 O2 solution.
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