Fully Conjugated 2D sp2 Carbon‐Linked Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic Overall Water Splitting

分解水 光催化 共轭体系 材料科学 共价键 催化作用 碳纤维 光化学 纳米技术 化学工程 化学 有机化学 聚合物 复合数 工程类 复合材料
作者
Jun Cheng,Yuting Wu,Wei Zhang,Jie Zhang,Lei Wang,Meng Zhou,Fengtao Fan,Xiaojun Wu,Hangxun Xu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (6) 被引量:79
标识
DOI:10.1002/adma.202305313
摘要

Abstract Covalent organic frameworks (COFs) hold great promise for solar‐driven hydrogen production. However, metal‐free COFs for photocatalytic overall water splitting remain elusive, primarily due to challenges in simultaneously regulating their band structures and catalytic sites to enable concurrent half‐reactions. Herein, two types of π‐conjugated COFs containing the same donor–acceptor structure are constructed via Knoevenagel condensation and Schiff base reaction to afford cyanovinylene‐ and imine‐bridged COFs, respectively. The difference in the linkage leads to a remarkable difference in their photocatalytic activity toward water splitting. The 2D sp 2 carbon‐linked COF exhibits notable activity for photocatalytic overall water splitting, which can reach an apparent quantum efficiency of 2.53% at 420 nm. In contrast, the 2D imine‐linked COF cannot catalyze the overall water‐splitting reaction. Mechanistic investigations reveal that the cyanovinylene linkage is essential in modulating the band structure and promoting charge separation in COFs, thereby enabling overall water splitting. Moreover, it is further shown that crystallinity substantially impacts the photocatalytic performance of COFs. This study represents the first successful example of developing metal‐free COFs with high crystallinity for photocatalytic overall water splitting.
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