Intermediate Formation of Macrocycles for Efficient Crystallization of 2D Covalent Organic Frameworks with Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution

光催化 氢键 共价键 结晶 亚胺 分解水 材料科学 化学 光化学 化学工程 纳米技术 催化作用 分子 有机化学 工程类
作者
Kuixing Wang,Yuelin Zhong,Wenbo Dong,Yueyuan Xiao,Shijie Ren,Longyu Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (30) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/anie.202304611
摘要

Abstract Covalent organic frameworks (COFs) have gained significant attention as key photocatalysts for efficient solar light conversion into hydrogen production. Unfortunately, the harsh synthetic conditions and intricate growth process required to obtain highly crystalline COFs greatly hinder their practical application. Herein, we report a simple strategy for the efficient crystallization of 2D COFs based on the intermediate formation of hexagonal macrocycles. Mechanistic investigation suggests that the use of 2,4,6‐triformyl resorcinol (TFR) as the asymmetrical aldehyde build block allows the equilibration between irreversible enol‐to‐keto tautomerization and dynamic imine bonds to produce the hexagonal β‐ketoenamine‐linked macrocycles, the formation of which could provide COFs with high crystallinity in half hour. We show that COF‐935 with 3 wt % Pt as cocatalyst exhibit a high hydrogen evolution rate of 67.55 mmol g −1 h −1 for water splitting when exposed to visible light. More importantly, COF‐935 exhibits an average hydrogen evolution rate of 19.80 mmol g −1 h −1 even at a low loading of only 0.1 wt % Pt, which is a significant breakthrough in this field. This strategy would provide valuable insights into the design of highly crystalline COFs as efficient organic semiconductor photocatalysts.
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