MC镁瑞臣论文奖励丨东华理工大学化学与材料学院李子凡凭借使用我们MC镁瑞臣的产品，发表了最新研究成果！

第一作者：李子凡

通讯作者：张志宾

发表期刊：Angewandte Chemie International Edition

影响因子：16.1

实验方向：光催化

所在学校：东华理工大学化学与材料学院

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。

关键词

共价有机框架；多电荷转移通道；过氧化氢；压电-光催化；非均相催化

本文中使用的设备

MC-PM100C

结果与讨论

(a) COF-DH-H和COF-DH-Eth的合成路线；基于AA滑移堆积模型的(b) COF-DH-H和(c) COF-DH-Eth的实验、模拟和Pawley精修PXRD图；
(d) COF-DH-H和COF-DH-Eth的¹³C ssNMR谱图；
(e) COF-DH-H的TEM图像及(f) HR-TEM晶格条纹；
(g) COF-DH-Eth的TEM图像及(h) HR-TEM晶格条纹；插图：TEM逆傅里叶变换；
(i) COF-DH-H和COF-DH-Eth的能带结构图。

(a-b) COF-DH-H和COF-DH-Eth的PFM振幅(i)和相位(ii)图像；相位滞后环和振幅蝶形环：(a iii) COF-DH-H和(b iii) COF-DH-Eth；
(c) 压电纳米发电机示意图；
(d-e) COF-DH-H和COF-DH-Eth通过PENG测试的正向和反向开路电压（插图：局部放大电压曲线）。

(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。

(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。

(a) O₂的三种可能吸附位点；
(b) O₂在COF-DH-H和COF-DH-Eth不同位点上的吸附能；
(c) 吸附在COF-DH-H和COF-DH-Eth（位点C）上的O₂分子的电荷差异；
(d) COF-DH-H和COF-DH-Eth电子富集苯环（位点C）上O₂还原为H₂O₂的自由能图。

全文小结

总之，通过合理地在Cz-COFs（共价有机框架）中引入乙烯基团和压电特性，我们提出了一种独特的方法来建立多电荷转移通道和极化场，用于通过压电光催化合成H₂O₂（过氧化氢）。

研究结果表明，乙烯基团作为双咔唑单元的补充供体，为电荷转移提供了额外的路径。这导致COF-DH-Eth（一种经过乙烯基修饰的Cz-COF）中激子结合能的降低，以及更高效的光生电子-空穴分离。同时，与未修饰乙烯基的COFs相比，COF-DH-Eth对O₂分子的吸附和活化在热力学和动力学上更为有利。此外，由超声在Cz-COFs中诱导产生的极化电场可以显著增强电荷分离和催化活性。因此，COF-DH-Eth通过压电光催化从空气和水中实现了创纪录的H₂O₂合成速率（9212 μmol g⁻¹ h⁻¹）。此外，类似于双咔唑和双芴分子的扭曲单体在打破COFs的对称性方面起着关键作用，从而促进了这些材料的压电特性。这项工作首次展示了在COFs中构建多电荷转移通道和极化场以增强H₂O₂光合成的例子，为理解COFs中压电特性的起源以及合理设计更多压电COFs提供了见解。

往期推荐

#文献速递丨史无前例！光催化领域新突破，江海龙教授最新Angew！

#文献速递丨3月份光催化领域高热度文章转载

#MC镁瑞臣2024年1月热门文献汇总

END

北京镁瑞臣科技有限公司是一家集科研仪器研发制造、销售、服务于一体，以光催化行业为经营主线，致力于环境清洁、新能源、新材料、碳中和纵向深入发展和横向拓展并行的高科技企业。具有国家高新技术企业资质，企业信用评级AAA级企业认证，ISO9001质量管理体系质量认证、ISO45001职业健康安全管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证及多项实用新型专利和发明专利。

公司在光催化实验设备技术研发方面不断攻克技术难题，为光催化降解污染物、光解水制氢制氧或全解水、光催化二氧化碳还原、光催化合成氨（固氮）、光催化降解VOC、甲醛等实验提供运行更稳定、操作更便捷的实验设备整体解决方案。目前业务遍及全国，为清华大学、北京化工大学、北京大学、天津大学、上海交通大学、华东理工大学、武汉大学、西安交通大学、南京工业大学、南京林业大学、东北师范大学、福州大学、淮北师范大学、中科院物理研究所等科研机构提供了周到满意的服务，赢得了良好口碑。

MC镁瑞臣立志于在光催化行业深耕细作厚积薄发，用品牌和服务成就每一个应该成功的人，愿成为您科研路上最真诚的伙伴！

产品推荐