利用飞秒瞬态吸收光谱研究pH值对质子化COF光催化H2O2生成的影响
周欣, 霍怡廷, 杨松, 何博文, 王晓晶, 吴珍, 张建军
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100160
共价有机框架材料(COFs)因其结构可精确调控且具有高比表面积,被认为是极具前景的过氧化氢(H2O2)光催化合成材料。然而,pH值对COFs在光催化合成H2O2过程中稳定性的关键影响尚不明确。本研究通过简单质子化策略显著提升了亚胺连接型COF的光催化H2O2合成性能。值得注意的是,质子化COF在弱酸性条件(pH ≥ 3)下表现出优异的稳定性,但在强酸性条件(pH < 3)下会发生不可逆水解。质子化过程发生在亚胺单元的氮原子上,具有双重功能:抑制超快电荷复合(由飞秒瞬态吸收光谱证实)以及直接为H2O2生成提供质子源。此外,在光催化体系中引入氟离子(F)可进一步提高H2O2产率,F的强电负性促进了电子从COF向F转移,从而实现光生载流子的空间分离。机理研究证实H2O2通过双电子氧还原反应路径生成。这些发现阐明了质子化COFs的pH依赖性稳定性与活性,为载流子转移动力学提供了思路,并为开发高效稳定的COF基光催化剂用于太阳能驱动H2O2合成确立了设计原则。
关键词: 共价有机框架, 结构稳定性, 质子化, 氟离子表面修饰, 飞秒瞬态吸收光谱

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