Synergistic Tri‐efficiency Enhancement Utilizing Functionalized Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic H2O2 Production

光催化 共价键 材料科学 金属有机骨架 化学工程 纳米技术 共价有机骨架 光化学 催化作用 化学 有机化学 吸附 工程类
作者
Yanchi Yao,Chao Zhu,Renlan Liu,Qile Fang,Shuang Song,Baoliang Chen,Yi Shen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (50): e2404885-e2404885 被引量:29
标识
DOI:10.1002/smll.202404885
摘要

Abstract The overall maximization of photocatalytic H 2 O 2 production efficiency urgently requires the comprehensive optimization of each step in multiplex photocatalysis. Despite numerous endeavors, isolated researches focusing on single efficiencies hinder further advancements in overall catalytic activity. In this work, a series of imine‐linked COFs (TT‐COF‐X), incorporating electronically tunable functional groups (X = ─H, ─OMe, ─OH, ─Br), are rationally fabricated for visible‐light‐driven H 2 O 2 production via a dual‐channel pathway involving 2e − water oxidation and 2e − oxygen reduction. Combined simulations and characterizations reveal that the synergistic modification of functional groups for electronic conjugation and locally intramolecular polarity collectively enhanced light absorption, charge separation and transfer, and interface water–oxygen affinity efficiency. Notably, femtosecond time‐resolved transient absorption (fs‐TA) reveals that the polarity‐induced built‐in electric field play a crucial role in facilitating exciton dissociation by reacting BIEF‐mediated shallow trapping state. The simultaneously optimal tri‐efficiency ultimately results in the highest H 2 O 2 production rate of 3406.25 µmol h −1 g −1 and apparent quantum yields of 8.1% of TT‐COF‐OH. This study offers an emerging strategy to rational design of photocatalysts from the comprehensive tri‐efficiency‐oriented perspective.
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