新型共价有机骨架材料加速太阳能燃料发电

二维共价有机框架(2DCOF)是一类新型有机半导体，最近显示出太阳能燃料生产的巨大潜力。它们通常由分子层的有序ππ堆叠而成，通常具有周期性的柱状π阵列，可以促进层间电荷转移。

此外，在2DCOF中有序组装有机建筑单元也产生了一维(1D)微/中观通道，可以促进质量传递并暴露反应性位点。尽管具有很大的结构优势，但与无机竞争者相比，2DCOF通常具有较低的活性。

这主要是由于光子在有机物中的结合能大，因此激子解离存在问题。此外，它们的π共轭芳族主链的疏水性通常导致其大的内孔隙无法进入水。为了充分发挥二维COF的潜力，因此需要合成和结构修饰来促进其结构结晶度和水润湿性。

近日，苏州大学李彦光教授及其合作者报告了一种基于苯并比噻唑的共价有机框架(COF-BBT)。该催化剂表现出优异的光催化析氢速率，最高可达48.7mmolh-1g-1在抗坏血酸作为牺牲电子供体的存在下-这是迄今为止报告的基于COF的光催化剂的最高值之一。研究发现，苯并比噻唑(BBT)装置对其电子性能和催化性能起到了深远的影响。

一方面，BBT基团具有刚性平面分子构型，并且被认为通过单个芳族块之间的π-π相互作用来促进结构结晶度。这种π单元的有序堆叠不仅增强了层之间的电子离域，而且还为光生电荷向表面的迁移提供了必要的通道。

这一假设通过一系列光谱测量得到了验证。透射电子显微镜(TEM)分析首先证实了COF-BBT的高结构结晶度。可以清楚地观察到它的一维介孔通道及其六边形排列。

光物理分析表明，与化学结构相同的无定形对应物相比，结晶COF-BBT的荧光发射较弱，激发态寿命更长，表明COF-BBT中的电荷复合受到抑制。

另一方面，BBT是一种富含氮和硫(>50重量%)的芳香杂环。BBT单元的引入将导致结构极性的增加，从而增强COF-BBT的水亲和力。与没有任何杂原子的样品相比，其水接触角(21°)小得多，水蒸气吸收能力更大，这证实了这一点。结晶度和水润湿性的提高共同促进了COF-BBT优异的光催化性能。

在实际应用中，作者证明COF-BBT可以通过原位聚合直接在大孔三聚氰胺泡沫上生长。所获得的复合材料不仅能够稳定地产生氢气，而且可以通过从溶液中取出泡沫来简单地取出。此外，作者还证明，光催化制氢可以与化学计量下糠基醇氧化为2-糠醛相结合。

该研究发表在《国家科学评论》上。