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【Angew】平均产氢速率提升至476±6.6 μmol h⁻¹，甲氧基调控的COFs实现超高光催化产氢 ​

总结 ​

研究通过甲氧基（−OMe）基团工程，调控共价有机框架（COFs）的p-π共轭，显著提升了电荷载流子动力学和质量传输效率。COF-OMe-3在可见光照射下表现出优异的光催化产氢性能。

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摘要 ​

本研究提出了一种甲氧基（−OMe）分子工程策略，通过调控−OMe基团的位置和数量，增强COFs的p-π共轭，改善电荷分离和迁移效率。COF-OMe-3通过对位二甲氧基取代，表现出显著的电荷载流子动力学和质量传输效率提升。在可见光照射下，COF-OMe-3的光催化产氢反应（HER）效率显著提高，平均产氢速率为476±6.6 μmol h⁻¹，表观量子效率（AQY）在450 nm处达到9.62±0.46%。该研究揭示了甲氧基基团在调控COFs电子特性和光催化性能中的重要作用，为高效光催化剂的设计提供了新的思路。

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研究结果分类展示 ​

材料合成与表征 ​

  • 合成方法：通过三（4-氨基苯基）胺（TAP）与一系列1,3,5-三（4-甲酰基苯基）苯衍生物（TFPB-1, TFPB-2, TFPB-3）的缩合反应合成COF-OMe-R（R=1, 2, 3）。

  • 表征方法：利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、固态13C核磁共振（NMR）和粉末X射线衍射（PXRD）对材料进行表征，确认其结构和晶体特性。

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光物理性质 ​

  • 吸收光谱：UV/Vis DRS分析显示，COF-OMe-3的光吸收范围从580 nm扩展到700 nm，光学带隙为2.04 eV。 image.png

  • 电荷分离与迁移：温度依赖光致发光（TD-PL）光谱和稳态PL光谱表明，COF-OMe-3的激子结合能（E_b）为55 meV，表现出显著的电荷分离和迁移效率。

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光催化性能 ​

  • 产氢效率：在3 wt % Pt和抗坏血酸（AA）作为共催化剂和牺牲电子供体的条件下，COF-OMe-3的平均产氢速率为476±6.6 μmol h⁻¹。

  • 表观量子效率（AQY）：COF-OMe-3在450 nm处的AQY为9.62±0.46%，为目前报道的COF光催化剂中最高之一。

参考文献 ​

Luo, Z.; Zhu, S.; Xue, H.; Yang, W.; Zhang, F.; Xu, F.; Lin, W.; Wang, H.; Chen, X. Manipulating p ‐π Resonance through Methoxy Group Engineering in Covalent Organic Frameworks for an Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution. Angew Chem Int Ed 2025, e202420217. https://doi.org/10.1002/anie.202420217.