Switching Between Singlet and Triplet Excitation in Covalent Organic Frameworks for Highly Efficient Photocatalysis

系统间交叉 堆积 光化学 激发 共价键 激子 电子转移 单重态 材料科学 化学物理 电子激发 化学 紧身衣 噻唑 偏移量(计算机科学) 光催化 磷光 电子 光电子学 费斯特共振能量转移 带偏移量 单线态氧 纳米技术 单重态裂变 电泳剂
作者
Yang Deng,Dan Li,Yali Luo,Pengfei Li,Zhinan Xia,Ping Ci,Ruijuan Bian,Ruoyun Gao,Xu Wu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (21): e8843840-e8843840
标识
DOI:10.1002/anie.8843840
摘要

ABSTRACT Singlet (S 1 ) and triplet (T 1 ) excitation serve as the two primary and competing pathways, playing crucial yet entirely distinct roles in the photocatalytic process. Achieving flexible switching between S 1 and T 1 excitation energies has remained a challenge. Herein, three 2D covalent organic frameworks (COFs) with offset stacking angles of 90°, 105°, and 128° were successfully synthesized by integrating folding building blocks within the skeleton. The results show that the strategic offset stacking can harness efficient π–σ attraction, thereby inducing intersystem crossing from S 1 to T 1 state. The face‐to‐face stacked BDT‐HHTP‐COF tends to follow the electron transfer pathway, thereby generating ·O 2 − . In contrast, BDT‐CTC‐COF with the most optimal offset stacking distance produces high concentrations of 1 O 2 , primarily attributing to the energy transfer pathway. Theoretical calculations prove that the BDT‐CTC‐COF can boost Coulomb interaction, trigger intersystem crossing, and accelerate the transfer of the T 1 exciton to the adsorbed O 2 throughout the matrix of the framework. This switch in the mechanistic pathway is critically important, as the highly electrophilic 1 O 2 exhibits superior efficacy in attacking the electron‐rich aromatic ring of toluene, initiating a selective oxidation process that rapidly achieves over 98% degradation and 80% CO 2 mineralization, representing a 1.5‐fold enhancement compared to the electron transfer‐dominated pathway.
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