Covalent Organic Frameworks with Molecular Electronic Modulation as Metal‐Free Electrocatalysts for Efficient Hydrogen Peroxide Production

过氧化氢 共价键 活动中心 电子结构 催化作用 化学 吸附 合理设计 活动站点 反应性(心理学) 金属 选择性 分子 电子效应 组合化学 材料科学 纳米技术 计算化学 物理化学 有机化学 病理 医学 替代医学
作者
Shaoda Huang,Shuanglong Lu,Yiming Hu,Yongyong Cao,Yang Li,Fang Duan,Han Zhu,Yinghua Jin,Mingliang Du,Wei Zhang
出处
期刊:Small structures [Wiley]
卷期号:4 (8) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/sstr.202200387
摘要

Tuning the electronic property of active center to balance the adsorption ability and reactivity of oxygen is essential for achieving 2e − oxygen reduction reaction (ORR) for electrocatalytic synthesis of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), still represents a grand challenge. Herein, different by‐design building blocks are introduced to regulate the electronic structure of catalytically active centers in covalent organic frameworks (COFs). Theoretical calculation reveals that adsorption ability of oxygen molecule (O 2 ) can be finely tuned by the regulation of electronic structure and the binding strength of O 2 is positively correlated with the electron donating ability of active center. As a result, the newly designed TP‐TD‐COF shows higher 2e − ORR activity and selectivity owing to the stronger electron donating ability and the higher adsorption strength of O 2 on electron‐rich active center. This study reveals fundamental structure – activity relationship in H 2 O 2 synthesis and offers a strategy for designing metal‐free COF catalysts through rational modulation of their electronic properties at molecular level.
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