効率的な光触媒H2 O2産生のためのCOFの強力な電子/プロトン抽出器のカスタム設計

連続電子抽出と急速なプロトン移動を伴う光触媒の発達は、人工光合成を速度的に加速する可能性がありますが、依然として課題です。本明細書では、効率的な光触媒H2 O2産生の強力な電子/プロトン抽出器として、均一に分布した極性酸素官能基（スルホン基またはカルボキシル）によって装飾された高結晶トリアジン共有共有オーガニックフレームワーク（COF）のトポロジ誘導合成を報告します。極性ベースのプロトン移動と、採用されていないCOFの電子濃縮は、H2 O2 Photionthesis Efficiencyの改善に重要な役割を果たすことがわかった（すなわち、スルホン酸 - （SO3 H-COF）>カルボキシルの活性順序で - （COOH-COF）>水素 - （H-COF）官能化COF）。高結晶SO3 H-COFにおける強力な極性スルホン酸基は、方向に向かった電界とより親水性表面をトリガーしました。アクティブサイト（つまり、-SO3 HグループにリンクされたC原子）。As-Accelerated Proton共役電子移動（PCET）と安定化されたO2吸着とともに、最終的に、可視光照射下で4971μmolG-1 H-1の最高のH2 O2産生率が4971μmolG-1 H-1につながります。一方、400 nmで15％の量子収量が得られ、報告されたほとんどのCOFベースの光触媒よりも優れています。

The development of photocatalysts with continuous electron extraction and rapid proton transfer could kinetically accelerate the artificial photosynthesis, but remains a challenge. Herein, we report the topology-guided synthesis of a high-crystalline triazine covalent organic framework (COF) decorated by uniformly distributed polar oxygen functional groups (sulfonic group or carboxyl) as the strong electron/proton extractor for efficient photocatalytic H2 O2 production. It was found that the polarity-based proton transfer as well as electron enrichment in as-obtained COFs played a crucial role in improving the H2 O2 photosynthesis efficiency (i.e., with an activity order of sulfonic acid- (SO3 H-COF)>carboxyl- (COOH-COF)>hydrogen- (H-COF) functionalized COFs). The strong polar sulfonic acid group in the high-crystalline SO3 H-COF triggered a well-oriented built-in electric field and more hydrophilic surface, which serves as an efficient carrier extractor enabling a continuous transportation of the photogenerated electrons and interfacial proton to the active sites (i.e., C atoms linked to -SO3 H group). As-accelerated proton-coupled electron transfer (PCET), together with the stabilized O2 adsorption finally leads to the highest H2 O2 production rate of 4971 μmol g-1  h-1 under visible light irradiation. Meanwhile, a quantum yield of 15 % at 400 nm is obtained, superior to most reported COF-based photocatalysts.