Photosynthesis of H2O2 using Phenothiazine‐Based Covalent‐Organic Frameworks Mimicking Coenzyme Q

共价键 吩噻嗪 电子转移 共价有机骨架 辅因子 组合化学 材料科学 化学 氧化还原 人工光合作用 纳米技术 化学工程 光化学 有机化学 催化作用 生物 工程类 药理学 光催化
作者
Yaoyao Peng,Lewang Yuan,Kang-Kai Liu,Zong‐Jie Guan,Shangbin Jin,Shangbin Jin,Yu Fang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (12): e202423055-e202423055 被引量:31
标识
DOI:10.1002/anie.202423055
摘要

Abstract Mimicking natural enzymes through artificial enzyme engineering represents a powerful strategy to fine‐tune the performance of photocatalysts, while the manipulation of electron transfer systems through atomic precision control is challenging. Herein, we reported a series of covalent organic frameworks (COFs) based on progressively oxidized phenothiazine (PTH) core as the platform for emulating Coenzyme Q, achieved through meticulous stepwise adjustments of their redox states. Compared to the original PTH‐S‐COF , the COFs with incrementally oxidized sulfur sites exhibited enhanced charge transfer efficiencies, facilitating efficient electron donation to O 2 and thereby providing a favorable pathway for H 2 O 2 synthesis. Notably, the PTH‐SO 2 ‐COF achieved a remarkable synthesis rate of 7755 μmol g −1 h −1 , marking a 720 % improvement over the PTH‐S‐COF baseline. Furthermore, upon adjusting the sacrificial agent ratio, this rate soared to an impressive 13565 μmol g −1 h −1 , surpassing the most reported photo‐active COFs. In situ characterizations and simulations verified that three H 2 O 2 evolution pathways (2e − ORR, 4e − OER, and 4e − ORR) all involved in the H 2 O 2 production process. As a result, our findings introduce a novel pathway for the development of high‐performance COF‐based photocatalysts through the innovative application of artificial enzyme‐mimicking techniques.
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