Organic Heterocyclic Strategy for Precisely Regulating Electronic State of Palladium Interface to Boost Alcohol Oxidation

材料科学 光化学 甲醇 共轭体系 电子效应 电子转移 聚合物 电子结构 组合化学 有机化学 催化作用 计算化学 复合材料 化学
作者
Zhihu You,Zijie Zhao,Qiankun Zhang,Chuanhui Zhang,Xiaojing Long,Daohao Li,Yanzhi Xia
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (8) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/adfm.202210877
摘要

Abstract Exploring highly‐efficient palladium (Pd)‐based electrocatalysts for the alcohol oxidation reaction (AOR) is crucial yet challenging for chemists due to the vague Pd interface with an uncontrollable electronic environment. Herein, an organic heterocyclic strategy is used for the first time to modulate the electronic state of Pd electrocatalysts by anchoring Pd nanoparticles to conjugated microporous polymers (CMPs) with varied S‐, N‐, O‐, or S, N‐heterocycles. Among these CMPs, the S, N‐containing thiazole heterocyclic polymer SNC with Pd catalyst exhibits highly‐efficient current densities of 1575.0 mA mg Pd −1 for methanol oxidation and 1071.0 mA mg Pd −1 for ethanol oxidation, which are among the highest performance in the heterocyclic modulated Pd systems and surpass the commercial Pd black catalyst. Detailed theory calculations suggest that although the furan (O‐heterocycle) polymer OC has the strongest charge transfer (0.057 |e|) with the Pd cluster, the moderate electron transfer (0.041 |e|) of the Pd /SNC heterojunction with an S···N···Pd noncovalent interaction shows the best catalytic reaction kinetics. Moreover, the d‐band of the Pd /SNC system is closer to the volcano vertex than its counterparts. These results indicate that appropriate electron transfer intensity regulation of Pd electronic state by well‐defined heterocyclic structures may significantly improve AOR activity.

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