ACS Catal：调节COF结构增强可见光制氢

纳米技术

2023-12-24

由于COF具有非常大的激子结合能，因此COF的激子解离并且生成自由电荷的能力较差。

有鉴于此，五邑大学彭超等报道合成了一系列丙烯腈链接COF，并且通过降低链接分子的长度、引入氮原子、后期质子化等方式调节激子。

本文要点

（1）

我们使用变温荧光、Nyquist图表征方法说明TP-PN COF、TP-BPyN COF、TP-BPyN PCOF的激子结合能和电荷转移阻力逐渐降低，因此能够提高载流子的形成能力，延长载流子的寿命，通过瞬态光电流响应和时间分辨荧光光谱表征验证。

（2）

DFT理论计算结果说明，当COF具有更加显著的平面结构，有助于形成更低的激子结合能和更低的载流子传输阻力。而且分子链接的长度降低导致更好的光吸收能力。引入N原子用于光催化制氢Pt催化剂的停靠位点，能够改善Pt纳米粒子的密度。TP-PN COF和TP-BPyN COF的HER性能显著改善，制氢性能分别达到10890 μmol g^-1 h^-1和6457μmol g^-1 h^-1，性能分别比TP BPN COF的制氢性能（782 μmol g^-1 h^-1）提高13.92倍和8.26倍。

通过简单的质子化处理方式，电荷能够实现更好的分布，并且减少结构畸变，因此光催化制氢性能显著提高至12276 μmol g^-1 h^-1。此外，通过牺牲试剂和调控pH，光催化制氢性能进一步提高至15929 μmol g^-1 h^-1和22438 μmol g^-1 h^-1。这项工作有助于设计高性能有机光催化剂和调控有机光催化剂的激子。

参考文献

Xingyue Gao, Jiayu Yuan, Ping Wei, Jinfeng Dong, Lekai Chang, Zhipeng Huang, Hailong Zheng, Jiewei Liu, Jianbo Jia, Tiangang Luan, Bingpu Zhou, Hao Yu, and Chao Peng*, Rational Regulation of the Exciton Effect of Acrylonitrile-Linked Covalent Organic Framework toward Boosting Visible-Light-Driven Hydrogen Evolution, ACS Catal. 2024, 14, 533–546

DOI: 10.1021/acscatal.3c04509

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.3c04509