Covalent Organic Frameworks for Boosting H2O2 Photosynthesis via the Synergy of Multiple Charge Transfer Channels and Polarized Field

共价键 化学 Boosting(机器学习) 电荷(物理) 光化学 纳米技术 材料科学 物理 计算机科学 有机化学 机器学习 量子力学
作者
Zifan Li,Zhimin Dong,Zhibin Zhang,Bingqing Wei,Cheng Meng,Wen Zhai,Youqun Wang,Xiaohong Cao,Bin Han,Yunhai Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/ange.202420218
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) serve as one of the most promising candidates for hydrogen peroxide (H2O2) photosynthesis, while attaining high‐performance COFs remains a formidable challenge due to the insufficient separation of photogenerated charges. Here, through the rational design of bicarbazole‐based COFs (Cz‐COFs), we showcase the first achievement in piezo‐photocatalytic synthesis of H2O2 using COFs. Noteworthily, the ethenyl group‐modified Cz‐COFs (COF‐DH‐Eth) demonstrates a record‐high yield of H2O2 (9212 μmol g‐1 h‐1) from air and pure water through piezo‐photocatalysis, which is ca. 2.5 times higher than that of pristine Cz‐COFs without ethenyl groups (COF‐DH‐H) under identical condition and COF‐DH‐Eth without ultrasonic treatment. The H2O2 production rate originates from the synergistic effect between an ultrasonication‐induced polarized electric field and the spatially separated multiple charge transfer channels, which significantly promote the utilization of photogenerated electrons by directional transfer from bicarbazole groups to the ethenyl group‐modified benzene rings. Several Cz‐COFs and bifluorenylidene‐based COFs (COF‐BFTB‐H) with similar twisted monomers exhibit obvious piezoelectric performance for promoting H2O2 generation, signifying that organic ligands with a twistable structure play a crucial role in creating broken symmetry structures, thereby establishing piezoelectric properties in COFs.
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