论文奖励丨东华理工团队在顶级期刊实现H₂O₂光合作用纪录新高

华东理工大学团队在《Angewandte Chemie》发表COF压电-光催化合成H₂O₂突破性成果。该团队通过理性设计联咔唑基共价有机框架（COF），首次实现了COF材料在压电-光催化协同下从空气和纯水中高效合成过氧化氢（H₂O₂），产率高达 9212 μmol g⁻¹ h⁻¹，刷新了同类非牺牲剂体系的纪录。

第一作者：李子凡、在读博士研究生

通讯作者：张志宾、教授

发表期刊：Angewandte Chemie International Edition

影响因子(IF): 16.1

实验方向：光催化

发表单位：东华理工大学化学与材料学院
https://doi.org/10.1002/anie.202420218

MC-PM100C

共价有机框架（COFs）是过氧化氢（H₂O₂）光合成的最有前景的候选材料之一，然而，由于光生电荷分离不足，获得高性能的COFs仍是一大挑战。本文通过合理设计双咔唑基COFs（Cz-COFs），展示了COFs在压电-光催化合成H₂O₂中的首次应用。值得注意的是，乙烯基修饰的Cz-COFs（COF-DH-Eth）在空气和纯水中通过压电-光催化作用，展现出创纪录的H₂O₂产率（9212 μmol g⁻¹ h⁻¹），是在相同条件下未修饰乙烯基的原始Cz-COFs（COF-DH-H）和未超声处理的COF-DH-Eth的约2.5倍。H₂O₂的生产速率源于超声诱导的极化电场与空间分离的多电荷转移通道之间的协同作用，该作用显著促进了光生电子从双咔唑基团向乙烯基修饰的苯环的定向转移。几种具有类似扭曲单体的Cz-COFs和双芴基COFs（COF-BFTB-H）均表现出明显的压电性能，可促进H₂O₂的生成，这表明具有可扭曲结构的有机配体在构建非对称结构、从而赋予COFs压电性能方面起着关键作用。

该团队通过理性设计联咔唑基共价有机框架（COF），首次实现了COF材料在压电-光催化协同下从空气和纯水中高效合成过氧化氢（H₂O₂），产率高达 9212 μmol g⁻¹ h⁻¹，刷新了同类非牺牲剂体系的纪录。这一工作不仅为COF材料赋予了全新的压电功能，更通过乙烯基修饰构建了多重电荷转移通道，与超声诱导的极化电场协同作用，显著提升了光生载流子的分离与利用效率。

• (a) COF-DH-H和COF-DH-Eth的光催化和压电光催化活性比较；

• (b) COF-DH-Eth与最近报道的光催化剂和压电光催化剂在H₂O₂生产性能上的比较；

• (c) 经过一小时超声、光催化和压电光催化处理后，COF-TAPB-PD、COF-DH-H和COF-DH-Eth生成的H₂O₂浓度；

• (d) 在不同条件下，COF-DH-Eth一小时内的相对H₂O₂产量：对照、10%甲醇、对苯醌(0.1 mM)和KBrO₃(0.1 mM)；

• (e) COF-DH-Eth光催化系统的原位DRIFTs光谱随光照时间的变化（灰色和黄色线分别代表基线和用蒸汽/氧气处理30分钟后的平衡系统）；

• (f) 在不同条件下，COF-DH-Eth中形成的•OH-DMPO复合物的EPR光谱；

• (g) 结合香豆素荧光法和H₂¹⁸O同位素标记实验的示意图；

• (h) 使用H₂O和H₂¹⁸O作为底物时，香豆素与•OH自由基反应的质量光谱分析。