炔基取代苯基供体单元的共价三嗪框架用于高效光催化合成过氧化氢

本研究针对共价有机框架(COFs)光催化H2O2合成中载流子传输不足和O2还原过程缓慢的难题，通过将供体单元苯基替换为炔基，设计出两种D-A型共价三嗪框架(BT-COF/TT-COF)。BT-COF凭借炔基的高电子密度特性，实现了7200 μmol h-1 g-1的创纪录产率，为绿色合成H2O2提供了新策略。

　　

在环境友好型化学品的制造领域，过氧化氢(H₂O₂)因其在污水处理、医疗消毒等领域的广泛应用而备受关注。然而传统蒽醌(AQ)法存在高能耗、贵金属催化剂依赖等缺陷。光催化技术利用太阳能将O₂直接转化为H₂O₂，被视为最具潜力的替代方案。共价有机框架(COFs)因其可调控的电子结构和明确活性位点成为理想光催化剂，但受限于载流子复合严重和表面反应动力学迟缓等瓶颈。

华中师范大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，通过精准调控供体单元化学结构，将传统苯基供体替换为富含高密度电子的炔基，构建了两种新型D-A型共价三嗪框架(BT-COF/TT-COF)。研究采用静电势分析、瞬态光电流测试等技术，结合原位表征手段系统揭示了结构-性能关系。

Results and discussion部分显示：BT-COF的炔基修饰使O₂吸附能提升40%，通过飞秒瞬态吸收光谱证实其载流子寿命延长3倍。原位FTIR捕获到关键中间体•O₂^-的特征峰，证实遵循两电子还原路径。值得注意的是，BT-COF在可见光下实现7200 μmol h^-1 g^-1的H₂O₂产率，较苯基TT-COF提升50%，这归因于炔基诱导的LUMO能级下移(-0.32 eV)和更强的电荷分离效率(92%)。

Conclusions部分强调：该工作通过分子层面设计，首次阐明炔基修饰对COFs光催化性能的三重促进作用——增强O₂吸附、优化载流子传输、降低还原电位。所开发的BT-COF性能超越多数金属基催化剂，为绿色合成H₂O₂提供了新思路。研究团队特别指出，这种"原子取代"策略可拓展至其他D-A体系，对开发高效有机光催化剂具有普适性指导意义。

（关键技术方法：采用Schiff-base缩合反应构建COFs骨架，通过飞秒瞬态吸收光谱分析载流子动力学，结合电子顺磁共振(ESR)捕获活性氧物种，利用电化学阻抗谱(EIS)评估电荷转移效率，采用波长依赖性表观量子产率(AQY)验证光催化机制）