具有空间分离电子-空穴分布的一维共价有机框架通过双通道电荷转移增强光催化过氧化氢合成

《Chemical Science》：One-dimensional covalent organic frameworks with spatially separated electron-hole distributions for dual-channel charge transfer to enhance photocatalytic H2O2 productionOpen Access

　　

共价有机框架（COFs）是合成过氧化氢（H2O2）的有前景的光催化剂，但快速的电荷复合和有限的活性位点暴露仍然是关键瓶颈。一维（1D）COFs与二维/三维COFs相比，具有更优越的活性位点可及性和更弱的链间相互作用，代表了应对这些挑战的令人信服的结构平台。在此，我们报道了四种含有电子给体-受客体的一维COFs：基于硫代噻吩的TT-COF和TF-COF，由强π共轭的硫代噻吩给体构建；以及基于四苯基乙烯的ET-COF和EF-COF，由螺旋桨形四苯基乙烯给体构建。硫代噻吩基框架更强的给体-受客体赋予了TT-COF和TF-COF显著的分子内电荷极化和空间分离的电子-空穴分布，而ET-COF和EF-COF则显示出显著的轨道重叠。光电化学测量表明，与TPE基对应物相比，硫代噻吩基框架具有明显更快的界面电子转移和更高效的电荷分离，在无牺牲剂条件下可见光照射下转化为H2O2产率分别为7959、7517、5852和5523 μmol g^-1 h^-1。TT-COF和TF-COF中的空间电荷分离抑制了复合并激活了双通道电荷转移机制，通过分子内和分子间路径实现多维电荷离域，超越了其一维结构限制。此外，TT-COF通过进一步最小化*OOH中间体形成的上坡自由能（0.87 eV），实现了最高性能，同时还具有该系列中最轻的载流子（约化有效质量0.84 m₀）。本工作建立了将单体选择、给体-受主强度和双通道电荷转移与光催化效率联系起来的构效关系，为下一代一维COFs基太阳能驱动合成提供了设计原则。

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? 2026 作者。由英国皇家化学会出版

2026

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