Anchoring Triple Polar Sites in COFs to Tailor Electronic and Surface Properties for High Optoelectronic Performance

材料科学 光电子学 锚固 激子 极地的 共价键 合理设计 载流子 催化作用 表面能 三嗪 制作 纳米技术 过氧化氢 复合数 表面电荷 化学工程 制氢 表面改性 人工光合作用 化学极性
作者
Z. T. Li,Si Ma,Changqing Li,Zheng Wang,Yuqiang Huang,Yongxuan Jiang,Yucheng Jin,Jikuan Qiu,Siliu Lyu,Man Gao,Jong‐Beom Baek
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:26 (6): 2270-2278 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c06013
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) have attracted increasing attention as photocatalysts for hydrogen peroxide (H2O2) production owing to their structural tunability and intrinsic optoelectronic properties. However, achieving efficient charge separation and optimizing surface catalytic sites remain key challenges. Here, we report a rationally designed COF featuring triple polar sites─cyano modification on the vinyl linkage, a triazine center, and electron-donating/withdrawing side groups─that synergistically modulate the electronic structure, reducing exciton binding energy and enhancing charge carrier separation and transfer. Concurrently, the incorporation of methoxy groups tailors the hydrophilic surface environment, optimizing active site accessibility and strengthening interfacial interactions with water and oxygen. Consequently, the engineered COF delivers a remarkable H2O2 production rate of ∼12,000 μmol g-1 h-1 and excellent long-term stability under ambient conditions, outperforming conventional vinyl-COFs. This work establishes a new molecular design strategy for efficient artificial H2O2 photosynthesis by optoelectronic regulation at the molecular level.
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