Insight into Acceptor Engineering with Excitonic Effect in Donor–Acceptor Covalent Organic Framework

接受者 共价键 化学 材料科学 物理 有机化学 凝聚态物理
作者
Hongyan Qu,Yuan Guo
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:7 (7): 2580-2587 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.5c00801
摘要

Donor–acceptor (D–A) covalent organic frameworks (COFs) show great potential as photocatalysts due to their tunable energy levels. However, strong excitonic effects severely limit free charge carrier generation in photocatalytic processes, and their mitigation through molecular engineering remains challenging. Herein, we systematically investigate how elongating electron-withdrawing benzothiadiazole (BT) acceptor units in four isomorphic D–A type COFs (TAPB-BT0-COF to TAPB-BT3-COF) affect excitonic effects and photocatalytic activity. Combined experimental and theoretical analyses demonstrate that elongating electron-deficient BT acceptor progressively decreased the exciton binding energy (Eb). Nevertheless, photocatalytic sulfide oxidation yields followed a volcano-shaped trend, peaking at TAPB-BT2-COF due to its optimal charge transfer characteristics. Crucially, while elongating acceptor fragments in COFs reduces Eb, maximizing photocatalytic performance requires balancing this reduction with enhanced charge delocalization and transfer, not merely extending the unit. These findings provide new insights for designing BT-based COFs via acceptor engineering to regulate excitonic effects and achieving high photocatalysis.
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