Covalent Organic Frameworks Based Heterostructure in Solar‐To‐Fuel Conversion

材料科学 异质结 太阳能燃料 光催化 纳米技术 半导体 共价有机骨架 共价键 太阳能 分子内力 氧化还原 带隙 金属有机骨架 催化作用 光电子学 吸附 化学 有机化学 生态学 多孔性 复合材料 生物 冶金
作者
Jinsong Chen,Daqiang Yuan,Yaobing Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (41) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adfm.202304071
摘要

Abstract Photocatalytic reactions for fuel generation are crucial for the world's energy needs. Covalent‐Organic‐Frameworks (COFs) have been extensively studied as promising designable photocatalysts for these reactions due to their efficient visible‐light absorption, suitable energy‐band structure, facilitated intramolecular charge separation, and fast mass transfer. However, the activities of pristine COFs remain unsatisfactory, due to intermolecular charge recombination. Recently, COF‐based heterostructures, which combine COFs with metal‐sulfides, metal‐oxides, carbon materials, or MOFs, have attracted increasing attention for enhancing solar‐to‐fuel conversion efficiency by facilitating interfacial photo‐generated carrier separation, sensitizing wide‐gap semiconductors, and promoting surface redox reactions. Thus, a review of the state‐of‐the‐art progress of COF‐based heterostructure photocatalysts in reactions such as H 2 evolution, CO 2 reduction, O 2 evolution, H 2 O splitting and CO 2 splitting is crucial for the design of new photocatalysts to promote solar‐to‐fuel conversion. In this review, the COF‐based heterostructures photocatalysts are highlighted based on their synthesis, properties, and reasons for enhanced activities. Moreover, design principles are raised for such photocatalysts for each fuel generation reaction, based on insights into related research. Finally, this review is concluded by proposing future trends for COF‐based heterostructures photocatalysts, with attention to the design of COFs and supports, analyzing the photocatalytic reaction dynamics, together with considering practical applications.
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