Photoinduced Hydration Boosts O2 Evolution on Co-Chelating Covalent Organic Framework

亚胺 脱质子化 共价键 分子内力 化学 共价有机骨架 析氧 分解水 光化学 催化作用 离子 光催化 有机化学 电化学 物理化学 电极
作者
Yajun He,Guoyu Liu,Zheyuan Liu,Jinhong Bi,Yan Yu,Liuyi Li
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (4): 1857-1863 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c00228
摘要

The achievement of artificial photosynthesis relies on successful water oxidation and a detailed mechanistic understanding. Here, we demonstrate a photoinduced hydration pathway for O2 evolution from water oxidation over an imine-linked covalent organic framework (COF) comprising electron-rich benzotrithiophene and electron-deficient benzothiadiazole units with atomically chelated Co sites. The experimental and theoretical results suggest that the water oxidation starts with the photoinduced hydration of imine groups. The subsequent oxidative deprotonation and intramolecular hydroxyl attack lead to O–O bond formation. The hydration path significantly averages the energy barriers of water oxidation, thus promoting O2 evolution. Inspired by this fact, we fabricate a COF-based heterostructure, which realizes overall water splitting with H2 and O2 evolution rates of 450 and 212 μmol·g–1 h–1, respectively.
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