The effect of enantioselective chiral covalent organic frameworks and cysteine sacrificial donors on photocatalytic hydrogen evolution

光催化 对映选择合成 共价键 催化作用 动力学 材料科学 堆积 电子转移 共价有机骨架 金属 光化学 对映体 化学 组合化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Weijun Weng,Jia Guo
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:120
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33501-8
摘要

Abstract Covalent organic frameworks (COFs) have constituted an emerging class of organic photocatalysts showing enormous potential for visible photocatalytic H 2 evolution from water. However, suffering from sluggish reaction kinetics, COFs often cooperate with precious metal co-catalysts for essential proton-reducing capability. Here, we synthesize a chiral β-ketoenamine-linked COF coordinated with 10.51 wt% of atomically dispersed Cu(II) as an electron transfer mediator. The enantioselective combination of the chiral COF-Cu(II) skeleton with L-/D-cysteine sacrificial donors remarkably strengthens the hole extraction kinetics, and in turn, the photoinduced electrons accumulate and rapidly transfer via the coordinated Cu ions. Also, the parallelly stacking sequence of chiral COFs provides the energetically favorable arrangement for the H-adsorbed sites. Thus, without precious metal, the visible photocatalytic H 2 evolution rate reaches as high as 14.72 mmol h −1 g −1 for the enantiomeric mixtures. This study opens up a strategy for optimizing the reaction kinetics and promises the exciting potential of chiral COFs for photocatalysis.
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