Building-block exchange enables synergistic regulation in covalent organic frameworks for photocatalytic H2O2 production

光催化 化学 共价键 催化作用 化学工程 产量(工程) 生产(经济) 有机化学品 纳米技术 过氧化氢 水溶液 光化学 工作(物理) 降级(电信) 可见光谱
作者
Xu Zhao,Xu Zhao,Xiaojuan Li,Kuo Wei,Miao Zhang,Zhiping Liu,Li Zhao,Guangyuan Feng,Shengbin Lei
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:393: 126784-126784 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2026.126784
摘要

Engineering covalent organic frameworks (COFs) for photocatalytic H 2 O 2 synthesis is often constrained by the intrinsic coupling of band energetics, charge utilization, and surface microenvironment. Here we introduce a surface-directed building-block exchange strategy that selectively reprograms the outer/near-surface domains of imine-linked COFs while largely preserving crystallinity and pore architecture, enabling coordinated yet decoupled regulation of electronic structure and interface chemistry within a single scaffold. Across a sequential exchange series, we experimentally demonstrate that no single structural descriptor, such as donor–acceptor strength or bandgap, can reliably predict photocatalytic performance. Instead, high H 2 O 2 productivity requires the concerted optimization of conduction-band positioning, charge separation/transport, and interfacial properties. The optimized N/Trz-Bz-COF exhibits a substantially more negative conduction band and enhanced charge-carrier utilization, delivering an H 2 O 2 production rate of 11034 μmol·g⁻¹ ·h⁻¹ . Spin-trapping EPR, scavenger tests, and in-situ DRIFTS identify ·O₂⁻/·OOH as key intermediates, supporting a predominant 2e⁻ ORR pathway. This work establishes surface building-block exchange as a general post-synthetic lever for integrating band modulation, charge management, and microenvironment engineering toward efficient H 2 O 2 photosynthesis.
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