北化工王世涛Angew：首次报道！BUCT-COF-11作为氢燃料电池的无金属ORR催化剂

三维（3D）共价有机框架（COFs）在可再生能源领域的应用由于其非共轭骨架而受到极大限制。基于此，北京化工大学王世涛副教授（通讯作者）等人报道了通过全噻吩连接的马鞍形构建块（COThTh-CHO）合成了富含噻吩的全共轭3D COF（BUCT-COF-11）。BUCT-COF-11表现出优异的半导体性质，具有固有的无金属氧还原反应（ORR）活性。作为阴极催化剂，组装的阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）表现出高达493mW cm^-2的峰值功率密度。

利用DFT计算来揭示BUCT-COF-1和BUCT-COV-11的不同ORR性能的机制。投影态密度（PDOS）图显示，与BUCT-COF-1（1.64 eV）相比，BUCT-COF-1的带隙减小了1.33 eV，从而提高了电子传导效率。此外，引入噻吩环后，还导致活性位点中吸附能力的增加，热力学极限电势从BUCT-COF-1（位点3）的0.566V增加到BUCT-COV-11（位点3）的0.847 V，因此提高了催化性能。

与BUCT-COF-1相比，BUCT-COF-11的速率确定步骤（RDS）也从*OO→*OOH转换至最终步骤*OH→H₂O，有利于碱性条件下的ORR工艺。因此，引入噻吩环后不仅极大减小了BUCTCOF-11的带隙以提高电导率，而且优化了吸附能力和ORR催化过程，从而提高了ORR活性。

Designing Thiophene-Enriched Fully Conjugated 3D Covalent Organic Framework as Metal-Free Oxygen Reduction Catalyst for Hydrogen Fuel Cells. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202216751.

https://doi.org/10.1002/anie.202216751.

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