Embedding [Mo3S13]2− clusters into the micropores of a covalent organic framework for enhanced stability and photocatalytic hydrogen evolution

纳米团簇 共价有机骨架 化学 光催化 催化作用 共价键 电子转移 共轭体系 密度泛函理论 化学工程 光化学 材料科学 纳米技术 计算化学 有机化学 工程类 聚合物
作者
Yan Wang,Pengyu Dong,Kai Zhu,Aicaijun Zhang,Jinkang Pan,Zhouze Chen,Zhongqin Li,Rongfeng Guan,Xinguo Xi,Jinlong Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:446: 136883-136883 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.136883
摘要

Non-noble-metal-based [Mo3S13]2− nanoclusters (MS-c) as a co-catalyst face the problems of instability and inevitable aggregation, which limit its photocatalytic applications. Herein, β-ketoenamine-linked covalent organic framework (COF), namely TpPa-1-COF, was utilized to embed MS-c. The micropores of TpPa-1-COF could not only limit the growth of MS-c to achieve its high dispersion but also play a central role in anchoring MS-c. Moreover, the structural stability of MS-c is highly enhanced due to the confinement effect of TpPa-1-COF, and the visible-light-driven photocatalytic H2 evolution rate of 528 μmol g−1h−1 for [email protected] (0.3: 1), which is increased by 4.7 times as compared with that of TpPa-1-COF. The density functional theory (DFT) calculations indicate that the electrons transfer from TpPa-1 to MS-c occurs at the interface of [email protected] in the ground state based on the charge density difference analysis. With the irradiation of visible light, the photoexcited electrons derived from the π-conjugated TpPa-1-COF backbone could be delivered to the embedding MS-c through the coordinated Mo − N groups, and the favorable electron–proton transfer to form H* and efficient desorption of H2 occurs on the S sites instead of N sites in [email protected], resulting in the enhanced photocatalytic H2 evolution rate. Overall, this work provides a novel approach for embedding the unstable MS-c with low cost into the micropores of COF via coordination bonds to improve the structural stability and photocatalytic activity.
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