Exploring Three-Dimensional Porphyrin-Based Covalent Organic Frameworks with Outstanding Solar Energy Conversion

卟啉 化学 纳米技术 共价键 能量转换 有机太阳能电池 聚合物 光化学 材料科学 有机化学 热力学 物理
作者
Jiaqi Guo,Yunyu Guo,Mingxuan Zhang,Hongde Yu,Haohao Bi,Jingyi Feng,Jiahuan Wang,Keyu Geng,Thomas Heine,Junliang Sun,Di Li,Donglin Jiang,Enquan Jin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (33): 30369-30379 被引量:8
标识
DOI:10.1021/jacs.5c09844
摘要

As an emerging class of porous aromatic polymers, porphyrin-based covalent organic frameworks (COFs) have been widely employed in assorted applications due to their unique electronic configurations and properties. Notably, three-dimensional (3D) COFs, characterized by porphyrin cores exposed along steric ordered nanochannels, exhibit great promise for solar energy conversion. However, the development of 3D porphyrin-based COFs continues to present a synthetic challenge, stemming from the scarcity of appropriate topotactic designs and appropriate building blocks. In this study, a series of 3D Por-An-COFs with a reasonable 2-fold lvt-b topology have been synthesized. The 3D architecture enables the periodic alignment of porphyrin units within the conjugated backbones, facilitating light harvesting and interactions between guest species and active centers. Consequently, the 3D Por-An-COF features superior photoresponsive characteristics, including high solar-to-chemical and solar-to-thermal conversion capabilities. In particular, the interfacial water evaporation system based on 3D Por-An-COF achieved an evaporation rate of 1.64 kg m-2 h-1, and the related thermoelectric device generates an output voltage of 195 mV. This research not only extends the structural diversity of 3D porphyrin-based COFs for photoenergy conversion but also elucidates the intrinsic dimensionality-dependent photoresponsive behaviors, providing valuable insights for the development of advanced porphyrin-based photosensitizers for a wide range of applications.
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