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Preparing Ruthenium Complex-Contained DaTp COFs via π–π Interactions for Visible-Light-Driven Photocatalytic Hydrogen Peroxide Production
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2024-11-19 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c04309 Xuesong Jiang, Aodi Wang, Jiani Peng, Xueling Song, Lei Wang
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2024-11-19 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c04309 Xuesong Jiang, Aodi Wang, Jiani Peng, Xueling Song, Lei Wang
Hydrogen peroxide (H2O2) is a crucial energy carrier with growing significance in sustainable energy systems. Covalent organic frameworks (COFs) have recently emerged as promising materials for efficient H2O2 photosynthesis, while transition-metal complexes are recognized for their efficacy as molecular photocatalysts in H2O2 production. This study introduces a novel π–π interaction strategy to immobilize ruthenium complexes into COFs, using DaTp COF as a model system. This approach significantly enhances the photocatalytic activity for H2O2 production, achieving an initial rate of 3276 μmol g–1 h–1 without using scavengers under visible-light irradiation (λ > 420 nm). Notably, incorporating ruthenium complexes optimizes the oxygen reduction reaction pathways, shifting from a less efficient four-electron process to a more efficient two-electron process. Density functional theory calculations further reveal that ruthenium complexes not only broaden the light absorption spectrum of the COF but also increase water affinity, directly contributing to H2O2 generation. These findings offer a strategic framework for designing and enhancing COFs in H2O2 photosynthesis applications.
中文翻译:
通过 π-π 相互作用制备含钌配合物的 DaTp COFs,用于可见光驱动的光催化过氧化氢生产
过氧化氢 (H2O2) 是一种重要的能源载体,在可持续能源系统中的重要性越来越大。共价有机框架 (COF) 最近已成为高效 H2O2 光合作用的有前途的材料,而过渡金属络合物因其在 H2O2 生产中作为分子光催化剂的功效而得到认可。本研究引入了一种新的 π-π 相互作用策略,使用 DaTp COF 作为模型系统,将钌配合物固定到 COF 中。这种方法显著提高了 H2O2 产生的光催化活性,在可见光照射 (λ > 420 nm) 下无需使用清除剂即可达到 3276 μmol g-1 h-1 的初始速率。值得注意的是,掺入钌配合物优化了氧还原反应途径,从效率较低的四电子工艺转变为效率较高的双电子工艺。密度泛函理论计算进一步表明,钌配合物不仅拓宽了 COF 的光吸收光谱,还增加了水的亲和力,直接促进了 H2O2 的产生。这些发现为设计和增强 H2O2 光合作用应用中的 COF 提供了一个战略框架。
更新日期:2024-11-20
中文翻译:
通过 π-π 相互作用制备含钌配合物的 DaTp COFs,用于可见光驱动的光催化过氧化氢生产
过氧化氢 (H2O2) 是一种重要的能源载体,在可持续能源系统中的重要性越来越大。共价有机框架 (COF) 最近已成为高效 H2O2 光合作用的有前途的材料,而过渡金属络合物因其在 H2O2 生产中作为分子光催化剂的功效而得到认可。本研究引入了一种新的 π-π 相互作用策略,使用 DaTp COF 作为模型系统,将钌配合物固定到 COF 中。这种方法显著提高了 H2O2 产生的光催化活性,在可见光照射 (λ > 420 nm) 下无需使用清除剂即可达到 3276 μmol g-1 h-1 的初始速率。值得注意的是,掺入钌配合物优化了氧还原反应途径,从效率较低的四电子工艺转变为效率较高的双电子工艺。密度泛函理论计算进一步表明,钌配合物不仅拓宽了 COF 的光吸收光谱,还增加了水的亲和力,直接促进了 H2O2 的产生。这些发现为设计和增强 H2O2 光合作用应用中的 COF 提供了一个战略框架。