Atomically Precise Regulation of the N-Heterocyclic Microenvironment in Triazine Covalent Organic Frameworks for Coenzyme Photocatalytic Regeneration

化学 共价键 光催化 三嗪 再生(生物学) 共价有机骨架 组合化学 光化学 有机化学 催化作用 细胞生物学 生物
作者
Linjing Tong,Zeyu Gong,Yidong Wang,Jia-Xuan Luo,Siming Huang,Rui Gao,Guosheng Chen,Gangfeng Ouyang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (30): 21025-21033 被引量:60
标识
DOI:10.1021/jacs.4c06142
摘要

Artificial photosynthesis represents a sustainable strategy for accessing high-value chemicals; however, the conversion efficiency is significantly limited by its difficulty in the cycle of coenzymes such as NADH. In this study, we report a series of isostructural triazine covalent organic frameworks (COFs) and explore their N-substituted microenvironment-dependent photocatalytic activity for NADH regeneration. We discovered that the rational alteration of N-heterocyclic species, which are linked to the triazine center through an imine linkage, can significantly regulate both the electron band structure and planarity of a COF layer. This results in different separation efficiencies of the photoinduced electron-hole pairs and electron transfer behavior within and between individual layers. The optimal COF catalyst herein achieves an NADH regeneration capacity of 89% within 20 min, outperforming most of the reported nanomaterial photocatalysts. Based on this, an artificial photosynthesis system is constructed for the green synthesis of a high-value compound, L-glutamate, and its conversion efficiency significantly surpasses the enzymatic approach without the NADH photocatalytic cycle. This work offers new insights into the coenzyme regeneration by means of regulating the distal heterocyclic microenvironment of a COF skeleton, holding great potential for the green photosynthesis of important chemicals.
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