研究背景

过氧化氢（H₂O₂）是一种重要化学品，在化工、环境和能源领域具有广泛应用。传统制备方法如蒽醌法和氢氧混合法具有高能耗、高风险和环境污染等缺点。近年来，光催化产H₂O₂被认为是一种更具前景的方法。共价有机框架（COFs）具有优异的光电性质和易于调控的结构，在光催化产H₂O₂应用展现出极大的潜力。然而，由于较低电荷转移效率和与O₂相互作用弱的问题，导致反应动力学缓慢。通过COFs的设计和开发并阐明电子离域通道变化如何影响它们的电荷转移效率，这仍然是一个巨大的挑战。在这项工作中，我们报道了四种具有苯基π-π共轭结构或p-π共轭结构的三嗪基COFs，并用于光催化H₂O₂和3-羟基丁醛（3-HBA）合成。

图1. TTBA-TP-COF光催化生产过氧化氢和协同催化3-HBA示意图

文章要点

要点一：

COFs电荷转移通道的调控（联苯和苯单元），可以显著增强光学响应，其为电荷转移提供了电子离域通道。并强化光生电子富集，在ORR过程中增强了催化位点对氧分子的吸附作用。

要点二：

创新性地提出了光生电子和空穴全利用策略。在光催化光生电子还原氧气生成过氧化氢的同时，在少量三乙胺的碱性条件下，发生光生空穴氧化乙醇为乙醛和乙醛羟醛缩合为3-HBA的级联反应，为工业和环境领域提供更加绿色、安全和经济的解决方案。

该论文以“Simultaneous High-Efficiency Photocatalytic Production of H₂O₂ and Synthesis of 3-HBA Using COFs broadened by π conjugate network and Photo-Generated Charges”为题发表在材料类国际顶级期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（影响因子：8.3）。其中，西南交通大学化学学院2022级硕士研究生孙泽宇为第一作者，西南交通大学化学学院王萃娟副教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（No. 21401151）、中央高校基本科研业务费专项资金（No. 2682023ZTPY064和No. 2682025CX002）和四川省中医药管理局项目（2023MS212）的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c03932