共价有机框架中的组分工程用于定制光催化

摘要

能源危机与环境恶化的危害日益严峻，亟需发展环境友好型可持续生产技术。将丰富的太阳能直接转化为化学能，被视为一种极具前景的绿色高效技术方案。在此过程中，光催化剂扮演着至关重要的角色。共价有机框架材料（COFs）作为一种通过共价键连接的多孔材料，凭借其高比表面积、优异的结晶性和可调控的结构，展现出卓越的光催化潜力。本综述深入探讨了组分调控对提升COFs光催化性能的作用机制，涵盖调控光吸收、增加活性位点、促进激子解离以及改善载流子分离，并对相关计算模拟与机理表征方法进行了详细论述。更为重要的是，系统总结了组分调控的核心策略，包括杂原子工程、金属单原子工程、离子工程、官能团工程、供体-受体（D-A）分子工程、侧链工程、多组分工程、同分异构工程、共轭桥工程、单分子结工程和层间工程。此外，本文还详细阐述了这些策略在光催化析氢（H₂）、过氧化氢（H₂O₂）合成及二氧化碳（CO₂）还原等领域的多样化改性策略与应用。最后，对COF基光催化技术当前面临的挑战及未来发展方向进行了前瞻性展望。

关键词

共价有机框架 / 组分调控 / 光催化应用 / 工程和改性策略 / 激子解离

基金资助

国家自然科学基金(22378148,21975084);国家自然科学基金(2230082074)的资助; 广东省自然科学基金(2024A1515012433)