1.什么是静电势（ESP）？
静电势（Electrostatic Potential, ESP）是描述分子或材料表面电荷分布的关键参数。它通过量化分子周围空间中任意点的电势，直观展示正负电荷区域的分布，预测分子间的相互作用（如吸附、催化反应位点等）。
·公式核心：
其中，qi为原子电荷，ri为原子坐标，rr为空间某点位置。
2. 静电势（ESP）的应用场景
·催化活性位点预测：负静电势区域易吸引正电荷物质（如金属离子），是催化反应的潜在活性中心。
·药物分子设计：通过分析药物与靶点蛋白的静电势匹配，优化分子结合能力。
·材料电子调控：在光催化材料中，静电势分布影响电子传输路径，决定光生电荷分离效率。
2.典型案例
在析氢反应（HER）催化剂设计中，静电势分析显示铂（Pt）表面负电势区域更易吸附质子（H⁺），指导了高效Pt基催化剂的开发。
3. 静电势（ESP）顶刊文献应用解析
《Photosynthesis of H₂O₂ using Phenothiazine-Based Covalent-Organic Frameworks Mimicking Coenzyme Q》
过氧化氢（H₂O₂）是重要的绿色氧化剂，但传统工业合成（蒽醌法）能耗高、污染大。光催化技术利用太阳能将水和氧气转化为H₂O₂，但面临两大瓶颈：①光生电子-空穴易复合，效率低；②缺乏对电子传输路径的精准调控。
创新设计：吩噻嗪COF的“三步氧化策略”
1.材料构建：
o核心单元：选择吩噻嗪（PTH）为骨架，其硫原子可逐步氧化为亚砜（-SO-）和砜（-SO₂-）。
oCOF合成：通过希夫碱缩合反应，构建三种COFs：
§PTH-S-COF（未氧化）
§PTH-SO-COF（单氧化）
§PTH-SO₂-COF（双氧化）
2.结构验证：
oPXRD：三种COFs均呈现高结晶性，层间距约3.3–3.4 Å。
oFT-IR：氧化后出现S=O（1043 cm⁻¹）和O=S=O（1145 cm⁻¹）特征峰。
oBET：比表面积随氧化度增加（PTH-S-COF: 317.3 m²/g → PTH-SO₂-COF: 459.2 m²/g），孔径约2.1–2.2 nm。
性能突破：氧化态提升光催化效率
1.光电性质优化：
o能带调控：氧化后导带（ECB）负移，PTH-SO₂-COF的ECB=−1.08V，更利于O₂还原。
o电荷分离：时间分辨荧光显示，PTH-SO₂-COF的载流子寿命最长（1.57 ns），光电流密度最高。
2.光催化性能：
oH₂O₂产率：PTH-SO₂-COF达7755 μmol·g⁻¹·h⁻¹，是PTH-S-COF的8.2倍；优化条件下提升至13565 μmol·g⁻¹·h⁻¹，远超同类COFs。
o稳定性：循环5次后活性保持90%，结构未坍塌。
机制解析：静电势揭示电子传输奥秘
1.静电势分析：
o电荷分布：氧化后COFs表面负电势增强（PTH-SO₂-COF最低达-43.23 kcal/mol），电子富集于S/O位点。
o电子转移：光生电子向氧化位点（-SO₂-）迁移，抑制复合，促进O₂还原为H₂O₂。
2.反应路径：
o主路径：2e⁻氧还原反应（ORR）：
o协同路径：4e⁻水氧化（OER）产生O₂，进一步参与ORR。
应用前景与启示
1.绿色化工：为H₂O₂的低能耗合成提供新方案，助力碳中和目标。
2.仿生材料设计：“氧化态调控”策略可推广至其他催化体系（如CO₂还原、氮还原）。
3.理论指导实践：静电势分析成为连接材料电子结构与性能的桥梁，加速理性设计。
总结
该研究通过仿生的氧化态调控策略，构建了高性能吩噻嗪COFs，结合静电势分析揭示了电子传输强化的本质。PTH-SO₂-COF的卓越性能不仅刷新了光催化合成H₂O₂的纪录，更为人工酶工程提供了新范式——“结构模仿”结合“电子调控”，或将成为未来催化材料设计的黄金法则。
参考文献：
Peng, Y. et al.Angew. Chem.2025, 137, e202423055.
DOI: 10.1002/ange.202423055
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