共價有機框架(COFs)作為一種新興的晶態有機多孔材料因具有長程有序的周期性結構和廣泛的應用前景而備受關注。可靈活調控的預設計模塊可以為特定功能COFs材料的制備打下了堅實基礎。比如,在框架中引入給體-受體(D-A)結構有利于降低激子結合能,促進光生載流子的分離與轉移,進而提升COFs的光催化性能。但是,給體和受體構筑基元官能團(氨基或者醛基)的選擇對于COFs宏觀光催化性質的影響尚未明確,有待進一步發掘。
河南大學材料學白鋒教授、李玉森副教授針對供體和受體構基元上的官能團種類選擇對COFs材料性能的影響開展了細致研究。首先,基于氨基功能化的給體Py-4NH2和醛基功能化的受體DBT-2CHO以及醛基功能化的給體Py-4CHO和氨基功能化的受體DBT-2NH2合成了一組化學組成相同,結構相似的異構COFs (Py-N-DBT-COF和Py-C-DBT-COF)。研究表明,這對異構COF在光催化產氫能力上表現出顯著的差異性:在無Pt助催化劑的條件下,Py-C-DBT-COF(3743.7 μmmol/g/h)是Py-N-DBT-COF產氫能力的~15倍,而添加5%Pt助催化劑以后,兩種異構COF的性能差異更是會擴大到~26倍。這一差異性是由于構筑基元官能團會影響亞胺鍵原子排列,進而表現出電荷轉移能力和激子結合能的差異性,并將這一結果以光催化產氫能力差異的形式直觀體現。結合實驗結果,醛基官能化供體和氨基官能化受體的組合將更有利于促進D-A-COFs的光催化性能提升。
李玉森,河南大學材料學院副教授。2015年-2021年,天津大學理學院化學系博士;2021年-至今,河南大學校聘副教授。主要從事共價有機框架材料的設計制備及性質研究,以第一作者或通訊作者發表論文10余篇,包括J. Am. Chem. Soc. 1篇、Angew. Chem. Int. Ed. 2篇、Chem. Soc. Rew. 1篇,Adv. Mater. 1篇,Sci .Adv.1篇。目前主持國家自然科學基金1項,入選河南省博士后創新人才,河南省高層次人才國際化培養等項目的資助與支持。
白鋒,河南大學材料學院教授,院長。1996年-2005年,南開大學高分子化學研究所博士;2005年-2007年,清華大學,化學系,博士后;2007年-2010年,Sandia National Lab/New Mexico University,博士后;2010年-至今,河南大學黃河學者特聘教授。先后獲得國家優秀青年科學基金(2014年)、河南省科學技術帶頭人,河南省自然科學二等獎,河南省優秀專家,河南省政府特殊津貼專家,河南省“中原千人計劃”科技創新領軍人才,河南省科技創新杰出人才,河南省第十八屆“五四”青年獎章,河南省“師帶徒”標兵,開封市優秀教師等一系列榮譽。主要從事超分子自組裝納米材料的合成及應用研究,以第一作者或通訊作者發表論文30余篇,包括Nano lett. 10篇、Chem. Rew. 1篇,Angew. Chem. Int. Ed. 2篇,Adv. Mater. 1篇,ACS Nano 3篇,iScience 1篇,授權專利20余項。
Ren X, Sun J, Li Y, et al. Primitive functional groups directed distinct photocatalytic performance of imine-linked donor–acceptor covalent organic frameworks. Nano Research, 2024.
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