Beyond Planar Architectures: Oxacalix[4]Arene ‐Bridged 3D Covalent Organic Frameworks with Saddle‐Shaped π‐Cavities for Efficient Hydrogen Peroxide Photogeneration and Non‐Covalent C 60 Confinement

共价键 分子内力 单线态氧 超分子化学 光化学 杂原子 猝灭(荧光) 材料科学 发光 二聚体 卟啉 催化作用 化学 石墨烯 太阳能燃料 纳米技术 密度泛函理论 合理设计 光诱导电子转移 电子转移 氢键 析氧 有机太阳能电池 自组装 超分子组装 分解水 光伏
作者
Wei Lan,Qiu Liu,Jin Yong-ming,Bingqing Wei,Jianyu Huo,Yiran Wu,Xiaoyu Zhao,Lang Liu,Hong Meng,Quan Zhu,Yen Wei,Yuming Yu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (49): e07026-e07026
标识
DOI:10.1002/smll.202507026
摘要

In this work, two calixarene-based macrocyclic 3D COFs (XJU-3, XJU-4) are successfully developed by overcoming conformational instability via intramolecular heteroatom anchoring and peripheral structural extension. The stabilized saddle-shaped conformation endows XJU-4 with exceptional crystallinity and directional charge transfer channels, achieving an efficient hydrogen peroxide (H2O2) production rate of 8384 µmol g 1 h-1 under pure water and oxygen (O2) conditions, which further rises to 24605 µmol g 1 h-1 with a sacrificial agent. Combined experimental and theoretical analyses reveal that the curved π-cavity facilitates O2 activation through enhanced electron-withdrawing effects, while the orthogonal dimer configuration promotes singlet oxygen (1O2) intermediates via reduced singlet-triplet energy gaps (ΔES-T). Building on this framework, the potential of calixarene cavities is further demonstrated as supramolecular hosts-C60 is selectively encapsulated within their π-rich pockets through non-covalent interactions, distinct from conventional pore confinement or covalent linkage strategies. This host-guest synergy enhances charge transfer pathways, as evidenced by luminescence quenching and orbital localization, showcasing the versatility of these COFs in both catalysis and functional composite design. The work establishes a paradigm for engineering conformation-stable macrocycles into 3D COFs, expanding their functional design for solar energy conversion systems.
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