综述：共价有机框架材料在光催化应用中的进展：水分解、二氧化碳还原、过氧化氢生产及有机转化

这篇综述系统阐述了共价有机框架（COFs）作为新型光催化材料在太阳能转化中的独特优势，包括高结晶度、可调孔隙结构、π-共轭体系及优异稳定性。文章重点探讨了COFs在光解水制氢（H2）、CO2还原、H2O2光合作用及有机转化中的性能优化策略，为清洁能源开发与环境污染治理提供了创新思路。

　　

光催化机制与材料要求
半导体光催化遵循能带理论：当入射光能量超过材料带隙（E_g）时，价带（VB）电子跃迁至导带（CB），形成电子-空穴对。这些载流子迁移至表面参与氧化还原反应，如水解离产生H₂或CO₂还原为碳氢化合物。理想的COFs需具备宽光谱吸收、高效电荷分离及表面活性位点等特性。

COFs的独特优势
区别于传统半导体，COFs通过有机单元共价连接形成刚性多孔框架，具有三大核心优势：

1. 结构可设计性：如TFPT-COF通过苯基与腙键构建蜂窝状平面结构，实现可见光吸收与载流子传输；
2. 卓越稳定性：聚芳醚连接的JUC-505在400℃或强酸/碱条件下仍保持稳定；
3. π-共轭效应：如LZU-190的电子离域特性促进光生电荷向活性位点迁移。

性能优化策略
研究者通过四类策略提升COFs光催化效率：

• 增大比表面积：构建分级孔隙提升反应物吸附能力；
• 拓展光吸收：引入卟啉或三嗪单元使吸收边红移至近红外区；
• 促进电荷分离：构建供体-受体异质结（如TpPa-COF@CdS）；
• 表面修饰：锚定钴单原子位点加速H₂O₂生成动力学。

应用进展

1. 水分解：亚胺连接的TPB-DMTP-COF通过硫修饰将析氢速率提升至14.8 mmol g^-1 h^-1；
2. CO₂还原：含铼配合物的COF-316实现96%选择性的CO生成；
3. H₂O₂生产：蒽基COF在无牺牲剂条件下产率达2760 μmol g^-1 h^-1；
4. 有机转化：手性COFs催化不对称合成对映体过量值达99%。

挑战与展望
当前COFs面临可见光利用率不足、机理研究不深入等瓶颈。未来需开发新型连接方式（如喹啉键）、原位表征技术及人工智能辅助设计，以推动其工业化应用。