Localized asymmetric electron distribution in COFs promotes efficient photocatalytic H 2 O 2

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作者
Chongbei Wu,Guanxia Dai,Liying Huang,Yuefan Guan,Yifan Sun,Yuanxin Dong,Zike Zhang,Xuan Li,Zhuan Wang,Jizhou Jiang
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
被引量:1
标识
DOI:10.26599/nr.2026.94908633
摘要

In covalent organic frameworks (COFs), the highly symmetric skeleton limits O2 adsorption and weakens the thermodynamic driving force of the two-electron oxygen reduction reaction (2e- ORR), thus restricting photocatalytic efficiency. In this study, we modulated the local arrangement of fluorine atoms in COFs (para- and ortho-fluorinated, named Fp-COFs and Fo-COFs) to create an asymmetric electronic distribution, which supplies effective O2-adsorption sites, strengthens the driving force for 2e- ORR and ultimately elevates the photocatalytic activity. Theoretical analysis shows that asymmetric fluorination delocalizes the lone-pair electrons of F atoms to adjacent carbons, producing a discretized electron distribution that improves O2 adsorption at imine bonds. The increased electron density on these carbons facilitates electron transfer into the π* orbital of adsorbed O2, accelerating ·OOH* intermediate formation and lowering the Gibbs free energy barrier of the 2e- pathway. Consequently, a quantum yield of 8.8 % for H2O2 photosynthesis in pure water is achieved. This work provides a new approach for tuning local electron distribution in COFs, offering guidance for the rational design of efficient photocatalytic materials and broadening the application prospects of asymmetric electronic structures.
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