江海龙教授光催化COF新突破
第一作者:Xinyu Guan, Yunyang Qian
通讯作者:江海龙
通讯单位:中国科学技术大学
论文DOI:
https://doi.org/10.1002/anie.202306135
背景
图文
图1. a) En-COFs、Im-COFs和Qu-COFs的合成过程和关键构建单元的示意图。b) 本文中En-COFs、Im-COFs和Qu-COFs的化学结构。
图2. (a) 粉末 XRD 图,(b) 77 K 下的氮吸附-脱附等温线,以及 (c) EnTAPT-TDOEB 的固态13C NMR 光谱。(b) EnTAPT-TDOEB在不同酸/碱条件下浸泡1周后的粉末XRD图。
图3. (a) EnTAPT-TDOEB 和 ImTAPT-TFB 的紫外-可见光谱。插图:EnTAPT-TDOEB 的 Tauc 图。(b) EnTAPT-TDOEB 在 0.1 M Na2SO4 水溶液 (pH = 6.8) 中的 Mott-Schottky 图。插图:EnTAPT-TDOEB的 HOMO 和 LUMO 能级图。EnTAPT-TDOEB 和 ImTAPT-TFB的 (c) 光电流响应和 (d) EIS Nyquist 图。
图4. 对于 (a) EnTAPT-TDOEB、(b) EnTAPT-DDOEB、(c) EnDABP-TDOEB、(d) ImTAPT-TFB、(e) ImTAPT-TA和 ( f) ImDABP-TFB,光致发光强度(λex=400nm)与温度的函数关系。插图:温度相关的光致发光光谱,从 80K 到 290K(每次间隔 30K)。
图5. (a) En-COF、Qu-COF 和 Im-COF 在可见光照射下 (λ ≥ 380 nm) 的析氢速率;抗坏血酸作为牺牲剂和 Pt (3 wt%) 作为助催化剂,在磷酸盐缓冲液 (pH = 7.0) 中;插图:Im-COF 和 Qu-COF上提升的产氢速率。(b) 在可见光照射下,EnTAPT-TDOEB 上的连续四次光催化产氢测试(48 小时)。(c) 光催化2 h测试前后,En-COFs的粉末XRD图。
总结
总的来说,本文成功制备了具有出色化学稳定性的三烯胺酮连接的 COFs(En-COFs)用于光催化制氢。与相应的 Im-COFs 相比,除了亚胺连接共价键外,En-COFs含有基本相同的结构单元。此外,作者对 Im-COFs 中的亚胺键进行了进一步的后合成修饰,获得了Qu-COF,其具有扩展的光捕获和增强的稳定性。值得注意的是,虽然这是对 En-COF 光催化的首次研究,但它们在可见光照射光催化产 H2中表现出优异的活性。与 Im-COFs 和 Qu-COFs相比,其活性呈指数级增长。这可能是因为En-COF加速了激子解离并促进了电荷分离。此外,En-COF能够在长期光照射下保持其结晶度和光催化活性,而Im-COF在光催化后的结晶度较差。鉴于其易于合成、良好的光吸收、可定制的结构、出色的稳定性和强的激子解离等优势,作者相信这些烯胺酮连接的 COF 可能是用于研究光催化的优秀平台。