炔桥构筑超快电荷转移通道的新型共价有机框架材料显著提升光催化析氢性能

为应对化石能源危机，研究人员设计出两种炔桥（C≡C）和碳桥（C─C）结构的共价有机框架（COFs）材料COF-TAEPy和COF-TFPPy。通过Schiff-base缩合反应合成后发现，炔桥结构的COF-TAEPy因增强的π共轭效应和2.15 eV窄带隙，实现75.2 mmol h-1 g-1的可见光析氢速率，较碳桥材料提升2倍。该研究为精准调控COFs电荷传输路径提供了新范式。

　　

全球能源危机与环境问题日益严峻，氢能因其高能量密度和零碳排放特性成为理想替代能源。然而，传统制氢技术如蒸汽甲烷重整仍依赖化石燃料并产生大量CO₂。光催化水分解技术虽能利用太阳能直接产氢，但现有催化剂如TiO₂存在带隙宽（仅响应紫外光）、电荷复合快等瓶颈。共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）因其可设计的π共轭体系和高比表面积成为研究热点，但如何通过分子结构优化提升电荷分离效率仍是挑战。

针对这一难题，来自毕节市科技联合项目团队的研究人员设计合成两种新型COFs材料——含碳桥的COF-TFPPy和含炔桥的COF-TAEPy，通过对比研究揭示了炔桥结构对光催化性能的调控机制。研究发现，炔桥诱导的超快电荷转移使COF-TAEPy析氢速率达75.2 mmol h^-1 g^-1，较碳桥材料提升100%，相关成果发表于《Applied Catalysis A: General》。

研究采用Schiff-base缩合反应构建COFs骨架，结合粉末X射线衍射（PXRD）和氮气吸附测试验证结晶性与孔隙率。通过紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）和电化学测试分析能带结构，利用瞬态吸收光谱（TAS）和荧光寿命测试揭示电荷动力学过程。

催化剂合成与结构表征
通过醛胺缩合反应成功制备两种COFs，PXRD显示二者均具有高结晶性。COF-TAEPy因炔桥的刚性结构表现出更大的π共轭范围和2.15 eV窄带隙，较COF-TFPPy（2.56 eV）显著拓宽可见光响应至620 nm。

光催化性能与机理
在可见光下，COF-TAEPy的析氢活性为COF-TFPPy的2倍。TAS测试表明其激子寿命延长3倍，电化学阻抗谱显示电荷转移电阻降低60%，证实炔桥构建了超快电子传输通道。

结论与意义
该研究首次阐明炔桥结构通过三重作用机制提升COFs光催化性能：①增强π共轭降低带隙；②建立定向电荷转移通道；③抑制电子-空穴复合。这不仅为设计高效COFs光催化剂提供了"结构-性能"关系模型，更为开发新一代可再生能源材料开辟了道路。