Ultrafast Charge Dynamics in Nitrogen‐Rich Covalent Organic Frameworks for Hydrogen Peroxide Photosynthesis

材料科学 过氧化氢 超短脉冲 氮气 电荷(物理) 共价键 化学物理 光化学 纳米技术 化学工程 有机化学 化学 激光器 物理 量子力学 光学 工程类
作者
Amin Zadehnazari,Florian Auras,Alireza Abbaspourrad
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202503961
摘要

Abstract Four new tetrazine‐based COFs, DT‐COF‐ n ( n = 0–3, indicating the number of ─OH groups), incorporating diamino‐bis‐tetrazine and hydroxy‐functionalized benzo‐tri‐carbaldehyde monomers are used to explore the link between bonding reversibility in supramolecular chemistry and photocatalytic H 2 O 2 production. DT‐COFs exhibit an exceptionally high nitrogen content, with 72 nitrogen atoms per pore structure, accounting for 50.3% of the framework composition‐far exceeding previously reported COFs with less than 32% nitrogen. This high nitrogen density, coupled with the strong electron‐accepting nature of tetrazine units and an azo linker, promotes charge separation and stabilization, critical for efficient photocatalysis. DT‐COF‐1, which includes a single hydroxyl group, shows a highly ordered structure and extended conjugation. This led to a H 2 O 2 yield of 4300 µmol g −1 h −1 and an apparent quantum yield of 14.1% at 420 nm under visible light in water. With respect to peroxide yield and quantum yield, DT‐COF‐1 outperforms most other COFs used to produce peroxide. DT‐COF‐1 also achieves ultrafast intramolecular electron transfer (<500 fs) and a prolonged excited state lifetime (≈90 ps). In situ electron paramagnetic resonance spectroscopy and DFT calculations suggest a Yeager‐type absorption of O 2 •− intermediate, favoring H 2 O 2 production.
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