光催化整体水蒸汽分解（OWVS）生成H2和O2，不仅能有效避免O2逆向还原转换为水，而且能够在没有液态水的情况下实现H2的生产。然而，由于光催化剂对水蒸汽的吸收能力较弱，这一领域目前仍是一片空白。
2025年3月24日，哈尔滨理工大学董鸿、张凤鸣在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为《Engineering Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic Overall Water Vapor Splitting》的研究论文，Jin-Da Qu、Ya Wang、Ting-Ting Sun为论文共同第一作者，董鸿、张凤鸣为论文共同通讯作者。
董鸿，哈尔滨理工大学副教授。2020年获得哈尔滨理工大学博士学位，导师：冯玉杰教授、张凤鸣教授；2020-2023年进入中国科学院大连化学物理研究所从事博士后研究，合作导师：李灿院士；2023年进入哈尔滨理工大学担任副教授。
董鸿副教授主要从事晶态多孔材料的制备与性能研究工作，主要包括：金属-有机框架（MOFs），共价有机框架（COFs）材料的合成与性能研究；光（电）催化方面的研究工作，主要包括：光（电）催化制氢、二氧化碳还原等新能源催化材料的设计、合成与性质研究。支持多项国家自然科学基金项目。在Angew. Chem. Int. Ed.，Nat. Commun.，Appl. Catal. B-Environ.，ACS Materials Lett.，Chem. Sci.等国际高水平期刊上发表论文数十篇。
张凤鸣，哈尔滨理工大学教授，博士生导师。2004年毕业于黑龙江大学，获学士学位；2007年毕业黑龙江大学，获硕士士学位，随后入职哈尔滨理工大学至今，先后担任讲师、副教授、教授；2014年获黑龙江大学博士学位；2015-2017年进入南京师范大学从事博士后研究，合作导师：兰亚乾教授；2018年-2019年以访问学者身份赴美国加州大学河滨分校学习，合作导师： 冯萍云教授。
张凤鸣教授主要从事晶态多孔框架材料在能源催化转化方面的研究工作，在低浓度CO2吸附与原位转化、分解水产氢方面形成了研究特色，以第一和通讯作者在Nat. Commun.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.，ACS Energy Lett.，Appl. Catal. B-Environ.等国际高水平期刊发表论文100余篇，其中ESI高被引论文9篇，授权发明专利12项。相关研究获得2021年黑龙江省科学技术奖（自然类）二等奖（排名第1）、2020年黑龙江省高校科学技术一等奖（排名第1）等省市奖励。
在此，研究团队首次报道了通过结合共价有机框架（COFs）的吸水能力和光催化活性，实现了可见光驱动的OWVS。
通过引入三吡啶三嗪链段，实现了Tp-COF骨架的整体水分解（OWS）活性。Pt@Tp-TAPyT-COF实现了148.4和74.8 μmol g-1 h-1的可见光驱动的高H2和O2生成速率。
在不同相对湿度（RHs）的水蒸汽条件下，Pt@Tp-TAPyT-COF即使在没有逆反应的情况下也能驱动OWVS。通过进一步优化β-酮胺部分的结构，发现Pt@DHTA-TAPyT-COF表现出最佳的OWVS活性，在RH=88%的条件下H2和O2的生成速率分别为51.2和25.6 μmol g-1 h-1。45小时的连续活性测试进一步证实了OWVS相对于传统固液OWS的优势。
进一步的实验表明，COFs中的羰基-O和吡啶-N作为吸水位点，被吸收的水分子能够同时促进COFs中的水分解。
综上，该研究首次报道了通过结合共价有机框架的可见光驱动的整体水分解能力和吸水能力，实现了光催化整体水蒸汽分解以产生氢气和氧气。实验和理论计算表明，COFs中的羰基-氧原子和吡啶-氮原子作为吸水位点，吸收的水分子能够同时促进COFs中活性位点的水分解活性。
该研究成功开发了一种新型的光催化材料，能够在没有液态水的条件下高效分解水蒸汽以产生氢气和氧气，这对于开发可持续和绿色的氢能源生产技术具有重要意义。通过优化COFs的结构和组成，实现了高效的光催化OWVS，为在没有液态水的地区进行氢气生产提供了可能，展示了广阔的应用前景。
Qu J., Wang Y., Sun T. et al. Engineering Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic Overall Water Vapor Splitting. Angew. Chem. Int. Ed. (2025). https://doi.org/10.1002/anie.202502821
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