Construction of core–shell MOF@COF hybrids with a Z-scheme heterojunction for efficient visible light photocatalysis

文献情報

出版日 2023-10-02
DOI 10.1039/D3CY00869J
インパクトファクター 6.119
著者

Jun Pang, Weijie Chen, Jintao Hu, Jie Cheng, Mingqiang Tang, Zewei Liu, Rong Tan


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要旨

Metal–organic frameworks (MOFs) have emerged as promising photocatalysts due to their tunable architectures and semiconductor-like behavior. However, their photocatalytic efficiency is often hampered by suboptimal light utilization and fast charge carrier recombination. To address these challenges, we developed core–shell MOF@COF Z-scheme hybrids, where a covalent organic framework (COF, TpBD-COF) was coated on the NH2–UiO-66 surface via imine bond interconnection. Characterization and DFT calculation results suggested the formation of a well-contacted interface, as well as a Z-scheme heterojunction between the NH2–UiO-66 core and TpBD-COF shell. The TpBD-COF shell with an inherently narrow energy band contributed to the visible light absorption, while the fabricated Z-scheme heterojunction resulted in the spatial electron–hole (e−–h+) separation and high redox ability. By rationally controlling the ratio of NH2–UiO-66 and TpBD-COF precursors, the tailored thickness of the TpBD-COF shell was achieved, which could modulate the Z-scheme heterojunction interface, and thus optimized the photocatalytic performance. The core–shell MOF@COF hybrids were highly efficient in visible light-driven oxidative coupling of amines to imines in air without the need for any sacrificial agents. Almost quantitative conversion (94%) of benzylamine to N-benzylidenebenzylamine was achieved over optimal NH2–UiO-66@TpBD-COF(21.9), which is approximately 4.0 and 1.5 times that of pristine NH2–UiO-66 and TpBD-COF, respectively. The superior catalytic performance, coupled with benign reaction conditions (visible light, room temperature, ambient air), makes NH2–UiO-66@TpBD-COF(x) highly promising for solar utilization in green synthesis.

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Catalysis Science & Technology

Catalysis Science & Technology
CiteScore: 5.91
自己引用率: 4.5%
年間論文数: 600

Catalysis Science & Technology is committed to publishing research reporting high-quality, cutting-edge developments across the catalysis community at large. The journal places equal focus on publications from the heterogeneous, homogeneous, thermo-, electro-, photo-, organo- and biocatalysis communities. Works published in the journal feature a balanced mix of fundamental, technology-oriented, experimental, computational, digital and data-driven original research, thus appealing to catalysis practitioners in both academic and industrial environments. Original research articles published in the journal must demonstrate new catalytic discoveries and/or methodological advances that represent a significant advance on previously published work, from the molecular to the process scales. We welcome rigorous research in a wide range of timely or emerging applications related to the environment, health, energy and materials. Catalysis Science & Technology publishes Communications, Articles, Reviews and Perspectives. More details regarding manuscript types may be found in the Information for Authors section.

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