Controlling crystallization in covalent organic frameworks to facilitate photocatalytic hydrogen production

结晶度 光催化 无定形固体 结晶 材料科学 共价键 化学工程 共价有机骨架 催化作用 纳米技术 化学 结晶学 复合材料 有机化学 工程类
作者
Zheng Lin,Xiangkun Yu,Zijian Zhao,Ning Ding,Changchun Wang,Ke Hu,You‐Liang Zhu,Jia Guo
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:16 (1): 1940-1940 被引量:42
标识
DOI:10.1038/s41467-025-57166-1
摘要

Abstract The catalytic performance, depending on the surface nature, is ubiquitous in photocatalysis. However, surface engineering for organic photocatalysts through structural modulation has long been neglected. Here, we propose a zone crystallization strategy for covalent organic frameworks (COFs) that enhances surface ordering through regulator-induced amorphous-to-crystalline transformation. Dynamic simulations show that attaching monofunctional regulators to the surface of spherical amorphous precursor improves surface dynamic reversibility, increasing crystallinity from the inside out. The resulting COF microspheres display surface-enhanced crystallinity and uniform spherical morphology. The visible photocatalytic hydrogen evolution rate reaches 126 mmol g –1 h –1 for the simplest β-ketoenamine-linked COF and 350 mmol g COF –1 h –1 for SiO 2 @COF with minimal Pt cocatalysts. Mechanism studies indicate that surface crystalline domains build the surface electrical fields to accumulate photogenerated electrons and diminish electron transfer barriers between the COF and Pt interface. This work bridges the gap between microscopic molecules and macroscopic properties, allowing tailored design of crystalline organic photocatalysts.
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