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共價有機骨架(COFs)是一類新興的有機光催化劑,在可見光催化水制氫方面具有巨大潛力。然而,由於反應動力學緩慢,COFs通常與貴金屬共催化劑協同使用,獲得必要的質子還原能力。基於此,復旦大學郭佳教授(通訊作者)等人報道了一種手性β-酮胺連接的COF,用於探索在可見光下苯丙氨酸的對映體體系。
作者利用L-/d-半胱氨酸作為犧牲電子的供體(sacrificial electron donors, SEDs),Cu離子作為電子轉移介質,手性2D COF在可見光(>420 nm)照射下可以直接產生顯著的H2氣體量。
簡單而言,Cu(II)離子被n-水楊基苯胺亞基固定在手性中心,從而在COF骨架上提供原子分散的位點。由於L-/d-半胱氨酸選擇性地與手性COF結合,通過循環反應,半胱氨酸將配位Cu(II)還原為Cu(I),隨後光誘導空穴將Cu(I)氧化為Cu(II),SED氧化顯著增強。
在析氫過程中,手性晶體骨架表現出比非手性類似物更小的過電位,意味着其能量勢壘降低,催化活性增強。因此,由於SED氧化和質子還原反應動力學的增強,COF和半胱氨酸的對映選擇性組合表現出創紀錄的H2析出速率(HER)為14.72 mmol h-1 g-1,犧牲氧化轉化頻率(TOFox)為9.0 h-1,可與許多使用Pt作為助催化劑的非手性COFs相媲美。該研究為利用手性有機材料進行太陽對氫光催化開闢了新的途徑。
The effect of enantioselective chiral covalent organic frameworks and cysteine sacrificial donors on photocatalytic hydrogen evolution. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-33501-8.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33501-8.
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