Calix[4]arene‐Derived 2D Covalent Organic Framework with an Electron Donor–Acceptor Structure: A Visible‐Light–Driven Photocatalyst

材料科学 分子内力 接受者 密度泛函理论 电子受体 堆积 电子转移 共价键 光催化 带隙 超分子化学 共价有机骨架 光化学 结晶学 晶体结构 化学 计算化学 立体化学 有机化学 光电子学 物理 凝聚态物理 催化作用
作者
Jialin Xu,Wei Liu,Lisha Jiang,Xiaofei Jing,Lei‐Lei Liu,Zhongyue Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (52): e2304989-e2304989 被引量:16
标识
DOI:10.1002/smll.202304989
摘要

Abstract The calixarenes are ideal building blocks for constructing photocatalytic covalent organic frameworks (COFs), owing to their electron‐rich and bowl‐shaped π cavities that endow them with electron‐donating and adsorption properties. However, the synthesis and structural confirmation of COFs based on calixarenes are still challenging due to their structural flexibility and conformational diversity. In this study, a calix[4]arene‐derived 2D COF is synthesized using 5,11,17,23‐tetrakis( p ‐formyl)‐25,26,27,28‐tetrahydroxycalix[4]arene (CHO‐C4A) as the electron donor and 4,7‐bis(4‐aminophenyl)‐2,1,3‐benzothiadiazole (BTD) as the acceptor. The powder X‐ray diffraction data and theoretical simulation of crystal structure indicate that COF‐C4A‐BTD exhibits high crystallinity and features a non‐interpenetrating undulating 2D layered structure with AA‐stacking. The density functional theory theoretical calculation, transient‐state photocurrent tests, and electrochemical impedance spectroscopy confirm the intramolecular charge transfer behavior of COF‐C4A‐BTD with a donor–acceptor structure, leading to its superior visible‐light–driven photocatalytic activity. COF‐C4A‐BTD exhibits a narrow band gap of 1.99 eV and a conduction band energy of −0.37 V versus normal hydrogen electrode. The appropriate energy band structure can facilitate the participation of ·O 2− and h + . COF‐C4A‐BTD demonstrates high efficacy in removing organic pollutants, such as bisphenol A, rhodamine B, and methylene blue, with removal rates of 66%, 85%, and 99% respectively.
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