共价有机框架（COFs）因其高度有序的结构、固有的孔隙性和分子可调性，正成为光催化合成过氧化氢的一个变革性平台。尽管COFs具有巨大潜力，但光生电荷载流子在COFs中的低效利用显著限制了它们的光催化效率。
2025年3月20日，中国科学技术大学徐航勋在国际知名期刊Advanced Materials上发表了题为《Regulating Electron Distribution in Regioisomeric Covalent Organic Frameworks for Efficient Solar-Driven Hydrogen Peroxide Production》的研究论文，Wan Zhang、Miao Sun为论文共同第一作者，徐航勋为论文通讯作者。
徐航勋，中国科学技术大学教授，博士生导师，高分子科学与工程系执行主任。国家杰青。2006年毕业于中国科学技术大学，获学士学位；2011年毕业于美国伊利诺伊大学香槟分校，获博士学位(导师：Kenneth S. Suslick教授)；2011-2013年在美国伊利诺伊大学香槟分校从事博士后研究(导师：John A. Rogers教授)。
徐航勋教授目前主要从事功能高分子材料设计、合成及其在光化学能量转化和柔性电子技术方面应用研究。以第一/通讯作者在Adv. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，J. Am. Chem. Soc.，Nano Lett.，Nat. Commun.，Science Advances，ACS Macro Lett.等国际学术期刊上发表学术论文90余篇，他引超过8500次。作为负责人获得多项国家自然科学基金项目资助，作为课题负责人承担1项科技部“973”计划子课题 (项目结题获评“优秀”)，作为科研骨干参与多项科技部重点研发计划项目及中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划项目。2018年获中国化学会青年化学奖。2022年获国家自然科学基金委杰出青年科学基金资助。
在本文中，作者队提出了两种位置异构体COFs，分别是α-TT-TDAN COF和β-TT-TDAN COF，它们都含有噻吩并[3, 2-b]噻吩基团，以研究位置异构对激发态电子分布及其对光催化性能的影响。
β-TT-TDAN COF展现出显著的光化学转化效率，太阳能到化学能的转化效率达到了1.35%，优于其α-异构体对应物，后者的转化效率仅为0.44%。全面的光谱和计算研究揭示了COFs中微小取代变化对其电子性质的关键作用。
这种结构微调巧妙地将分子结构与电荷动力学联系起来，实现了对电子分布的精确调控、电荷的有效分离和传输，以及将激发态电子定位在活性位点上。此外，这种精细调控的相互作用显著提高了氧还原反应的效率。
这些发现为COF设计建立了一个新的范式，提供了一种分子层面的策略，以推动COFs和网状材料向高效的太阳能到化学能转换方向发展。
图3：COFs的光吸收性质和光催化H2O2生产性能
图5：COFs的氧还原反应（ORR）和水氧化反应（WOR）机制
综上，作者设计并合成了两种位置异构的共价有机框架，α-TT-TDAN COF和β-TT-TDAN COF，通过引入噻吩并[3, 2-b]噻吩（TT）基团，研究了位置异构对激发态电子分布及其光催化性能的影响。
研究发现，β-TT-TDAN COF展现出显著更高的太阳能到化学能转化效率（1.35%），远高于α-TT-TDAN COF（0.44%）。通过光谱和计算研究揭示了位置异构对COFs电子性质的调控作用，为COFs的设计提供了新的分子层面策略。
该研究通过位置异构策略实现了对COFs电子分布的精确调控，显著提高了光催化生产过氧化氢的效率，为太阳能到化学能的高效转化提供了新的材料平台。
这一成果不仅为COFs的设计提供了新的思路，还为开发高性能光催化材料和可持续能源技术提供了重要的理论和技术支持，具有广阔的应用前景。
Zhang W., Sun M., Cheng J. et al. Regulating Electron Distribution in Regioisomeric Covalent Organic Frameworks for Efficient Solar-Driven Hydrogen Peroxide Production. Adv. Mater., (2025). https://doi.org/10.1002/adma.202500913.
声明：如需转载请注明出处（华算科技旗下资讯学习网站-学术资讯），并附有原文链接，谢谢！
