Benzophenone-Based Polymers and Covalent Organic Framework for Photocatalytic Molecular Oxygen Activation

二苯甲酮 材料科学 共价键 聚合物 光催化 光化学 氧气 分子氧 化学工程 高分子化学 有机化学 催化作用 化学 复合材料 工程类
作者
Jian Zeng,Wei Yu,Haomin Xu,Xiangyu Zhang,Qing‐Hua Xu,Jiong Lu,Kian Ping Loh,Jishan Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (18): 27275-27288 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.5c03943
摘要

Photosensitization by photoactive materials requires well-designed molecular engineering to enable continuous photochemical processes. However, developing a heavy-atom-free (HAF) strategy to enhance the photoactivity of photosensitizers remains a significant challenge. In this study, we introduce a novel strategy to enhance photosensitization by incorporating benzophenone-rich components into 3D polymers ( BQP1 and BQP2 ) and the 2D covalent organic framework ( BQ-TMT COF ). This incorporation accelerates both charge carrier separation and intersystem crossing, thereby significantly improving photo-to-chemical energy conversion and electron transfer reactions. Notably, the crystalline BQ-TMT COF enables efficient photocatalytic molecular O 2 activation, producing both 1 O 2 and O 2 · – with high efficiency and recyclability. It demonstrates selective photocatalytic oxidation in 1 O 2 -mediated sulfide transformations. Moreover, the material performs well in O 2 · – -mediated oxidation, including the hydroxylation of boronic acids and oxidation of amines to imines. The BQ-TMT COF -based photoelectrode generates a photocurrent of approximately 20.7 μA·cm –2 at 0.4 V vs RHE and achieves a high photocatalytic hydrogen production rate. Our study demonstrates a HAF heterogeneous photosensitizer with efficient photoactive small molecule activation through molecular engineering.
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