Designed Synthesis of Mesoporous sp2 Carbon-Conjugated Benzothiadiazole Covalent Organic Frameworks for Artificial Photosynthesis of Hydrogen Peroxide

共轭体系 亚胺 材料科学 共价键 光合作用 三嗪 过氧化氢 碳纤维 介孔材料 光化学 化学工程 聚合物 有机化学 化学 高分子化学 催化作用 复合材料 工程类 复合数 生物化学
作者
Fulin Zhang,Yuexin Wang,Qi Zhao,Hongxiang Zhao,Xiaoyun Dong,Xiang‐Kui Gu,Hua Sheng,Sarina Sarina,Xianjun Lang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (1): 1097-1109 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.4c16707
摘要

Artificial photosynthesis of hydrogen peroxide (H2O2) from ambient air, water, and sunlight has attracted considerable attention recently. Despite being extremely challenging to synthesis, sp2 carbon-conjugated covalent organic frameworks (COFs) can be powerful and efficient materials for the photosynthesis of H2O2 due to desirable properties. Herein, we report the designed synthesis of an sp2 carbon-conjugated COF, BTD-sp2c-COF, from benzothiadiazole and triazine units with high crystallinity and ultralarge mesopores (∼4 nm). The sp2 carbon-conjugated skeletons guarantee BTD-sp2c-COF superior optoelectronic properties and chemical stability. BTD-sp2c-COF exhibits an exceptional efficiency of 3066 μmol g-1 h-1 from pure water and air, much better than that of BTD-imine-COF. In contrast, the resilience of BTD-imine-COF is compromised due to the participation of imine linkages in the oxygen reduction reaction. Importantly, in situ characterization and theoretical calculation results reveal that both benzothiadiazole and triazine units serve as oxygen reduction reaction centers for H2O2 photosynthesis through a sequential electron transfer pathway, while the vinylene bridged phenyls serve as water oxidation reaction centers. The sp2 carbon-conjugated COFs pave the way for potent artificial photosynthesis.
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