N-heterocycle regulation in robust imidazolate covalent organic frameworks for efficient photocatalytic hydrogen peroxide production

过氧化氢 光催化 咪唑酯 共价键 化学 制氢 沸石咪唑盐骨架 光化学 材料科学 金属有机骨架 有机化学 催化作用 吸附
作者
Na Qin,Yashan Huo,Linqiang Li,Diandian Han,Mengyuan Chen,Yanjie Wang,Lipeng Zhai
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:18 (9): 94907630-94907630 被引量:1
标识
DOI:10.26599/nr.2025.94907630
摘要

The development of covalent organic frameworks (COFs) with robust linkages is fundamentally important for the photocatalytic production of H2O2. In this work, a series of isostructural COFs with robust imidazole linkage were synthesized as photocatalysts for H2O2 production via the precise N-substituted microenvironment regulation (benzene, pyridine, pyrimidine, and triazine). The corresponding frameworks enable water and dissolved oxygen to reach the catalytic sites easily via planar skeletons and regulation of nitrogen-atom numbers. Additionally, the N-adjustment of heterocycle units in these COFs could significantly regulate the electronic band structures, light-harvesting capacity, and hydrophilic properties. The experimental investigation demonstrated that the photocatalytic process of COFs was composed of a dominant and indirect two-electron (2e) oxygen reduction reaction (ORR). Notably, compared to H-COF (benzene), P-COF (pyridine), and M-COF (pyrimidine), T-COF with triazine unit exhibited the highest H2O2 production rate of 42180 μmol g–1 h–1 due to its wider visible light absorption and higher separation efficiency of photogenerated electron–hole pairs. Theoretical investigations confirmed that N-heterocycle units in COFs could precisely modulate the energy barrier related to the formation of *OOH and *O2. This study is expected to provide a new way for rationally designing imidazole-linked COFs as promising photocatalysts for efficiently photocatalytic H2O2 generation.
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