唐波/马瑜Angew.：TD-COF在水和海水中全光催化合成H2O2

过氧化氢（H₂O₂）是一种广泛应用于环境和工业领域的重要化学品，在没有牺牲剂的情况下，从海水中通过氧还原反应（ORR）和水氧化反应（WOR）双通道同时光催化合成H₂O₂是绿色和可持续的，但还具有挑战性。

基于此，山东师范大学唐波教授和马瑜教授等人首次报道了两种新型含噻吩的共价有机框架(TD-COF和TT-COF)，并通过间接2e^– ORR和直接2e^– WOR通道作为H₂O₂合成的催化剂。在无牺牲剂的情况下，仅以空气和水为原料，TD-COF在去离子水和天然海水中的H₂O₂产率分别为4060 μmol h^-1 g^-1和3364 μmol h^-1 g^-1。

通过DFT计算，作者研究了TD-COF和TT-COF在第一激发态下的电子空穴分布。在优化后的TD-COF周期结构的第一激发态下，光生电子主要分布在噻吩环上，而光生空穴主要分布在通过亚胺键与噻吩环相连的苯环上和吡啶环上的碳原子上。在TT-COF的第一激发态中，光生电子主要分布在噻吩环上，而光生空穴主要位于苯环上，苯环通过亚胺键与噻吩环相连。

此外，通过比较不同位点的吸附能，作者确定了最可能的氧化还原活性位点。噻吩环上的S原子最有可能是光还原位点，苯环上的C原子与噻吩环通过亚胺键连接，最有可能是光氧化位点。在TD-COF和TT-COF的间接2e^– ORR过程中，*OOH的形成是速率决定步骤（RDS）。同时，TD-COF和TT-COF直接2e^– WOR过程中，*OH的形成是RDS。对比TT-COF，TD-COF在ORR和WOR路径的RDS中具有更低的能垒。

Thiophene-Containing Covalent Organic Frameworks for Overall Photocatalytic H₂O₂ Synthesis in Water and Seawater. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202309624.

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唐波/马瑜Angew.：TD-COF在水和海水中全光催化合成H2O2

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