Electron/Proton Transport Engineering in Acylhydrazone‐Linked Covalent Organic Framework for Efficient Solar‐driven H 2 O 2 Production

光催化 共价有机骨架 质子 过氧化氢 吸附 环境污染 共价键 光化学 化学 材料科学 化学工程 催化作用 纳米技术 有机化学 物理 环境科学 工程类 环境保护 量子力学
作者
Xiaolin Ma,Houhe Pan,Lei Gong,Xu Ding,Xing Zhou,Heyuan Liu,Rongming Wang,Chen Qu,Yanjun Zhao,Dongdong Qi,Yongzhong Bian,Jianzhuang Jiang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (37): e202511024-e202511024 被引量:10
标识
DOI:10.1002/anie.202511024
摘要

Abstract Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is a vital industrial chemical extensively utilized in textiles, pharmaceuticals, and disinfection. Solar‐driven photocatalytic technology depending on photocatalysts with matched energy band structure for simultaneously driving both O 2 reduction and water oxidation half‐reactions, without necessary use of any sacrificial agent, enables green H 2 O 2 synthesis from O 2 and/or H 2 O, offering a low‐energy and simple‐operation process without secondary pollution while avoiding safety and environmental risk of conventional methods. Herein, a novel acylhydrazone‐linked 2D COF, COF‐S‐OH , was prepared from benzo[1,2‐ b :3,4‐ b ':5,6‐ b '']trithiophene‐2,5,8‐tricarbaldehyde and 2,3‐dihydroxysuccinohydrazide. Both experimental and theoretical analyses reveal that introduction of benzotrithiophene units and hydroxyl groups enhances the electron donor‐acceptor effect in COF‐S‐OH , optimizes the light‐harvesting and adsorption capacities to O 2 and H 2 O, and particularly enables efficient proton transfer, thereby synergistically improving photogenerated charge carrier separation and surface reaction efficiency. Consequently, COF‐S‐OH achieves an exceptional H 2 O 2 production rate of 10.2 mmol g −1 h −1 with a solar‐to‐chemical conversion efficiency of 2.1%, superior to all the thus far reported photocatalysts for H 2 O 2 synthesis. This work underscores the critical importance of carrier separation, active site, and proton supply in photocatalytic H 2 O 2 generation, providing guidance for designing and fabricating next‐generation photocatalysts.
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