Rational design of isostructural 2D porphyrin-based covalent organic frameworks for tunable photocatalytic hydrogen evolution

等结构 光催化 卟啉 共价键 堆积 材料科学 氢键 合理设计 共价有机骨架 催化作用 化学工程 纳米技术 化学 光化学 分子 有机化学 晶体结构 工程类
作者
Rufan Chen,Yang Wang,Yuan Ma,Arindam Mal,Xiaoya Gao,Lei Gao,Qiao Li,Xu‐Bing Li,Li‐Zhu Wu,Cheng Wang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:282
标识
DOI:10.1038/s41467-021-21527-3
摘要

Abstract Covalent organic frameworks have recently gained increasing attention in photocatalytic hydrogen generation from water. However, their structure-property-activity relationship, which should be beneficial for the structural design, is still far-away explored. Herein, we report the designed synthesis of four isostructural porphyrinic two-dimensional covalent organic frameworks (MPor-DETH-COF, M = H 2 , Co, Ni, Zn) and their photocatalytic activity in hydrogen generation. Our results clearly show that all four covalent organic frameworks adopt AA stacking structures, with high crystallinity and large surface area. Interestingly, the incorporation of different transition metals into the porphyrin rings can rationally tune the photocatalytic hydrogen evolution rate of corresponding covalent organic frameworks, with the order of CoPor-DETH-COF < H 2 Por-DETH-COF < NiPor-DETH-COF < ZnPor-DETH-COF. Based on the detailed experiments and calculations, this tunable performance can be mainly explained by their tailored charge-carrier dynamics via molecular engineering. This study not only represents a simple and effective way for efficient tuning of the photocatalytic hydrogen evolution activities of covalent organic frameworks at molecular level, but also provides valuable insight on the structure design of covalent organic frameworks for better photocatalysis.
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