Covalent Organic Frameworks with Carbon‐centered Radical Sites for Promoting the 4e‐ Oxygen Reduction Reaction

催化作用 激进的 氧化还原 电催化剂 共价键 化学 电子转移 组合化学 碳纤维 过氧化物 光化学 材料科学 有机化学 电化学 物理化学 电极 复合数 复合材料
作者
Tingting Xu,Huaqun Zhou,Xiaofei Zhang,Tun Seng Herng,Jun Ding,Chunyan Chi,Jun Zhu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202424449
摘要

Radical covalent organic frameworks (RCOFs) have demonstrated significant potential in redox catalysis and energy conversion applications. However, the synthesis of stable RCOFs with well‐defined neutral carbon radical centers is challenging due to the inherent radical instability, limited synthetic methods and characterization difficulties. Building upon the understanding of stable carbon radicals and structural modulations for preparing crystalline COFs, herein we report the synthesis of a crystalline carbon‐centered RCOF through a facile post‐oxidation process. Moreover, the RCOF demonstrated outstanding catalytic activity in the 4e‐ oxygen reduction reaction (ORR) with a half‐wave potential of 0.82 V (vs. RHE) and electron transfer number of 3.98, among the highest in reported COF‐based electrocatalysts. The promoted 4e‐ and suppressed 2e‐ ORR pathway (99.5% vs. 0.5%) can be attributed to facilitated reaction initiation and smoother transition steps at the carbon radical sites, which is practically beneficial for minimizing peroxide formation, thus contributing to safer and more sustainable fuel cell and metal‐air battery applications. Overall, our study not only provided a facile strategy for preparing stable RCOFs with well‐defined neutral carbon radical centers but also demonstrated their capability to fine‐tune the redox catalytic activity of COF materials, which could be potentially useful in electrocatalysis and energy conversion applications.
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