Solar RRL:二维共价有机框架应用于光催化:Building Block与Linkage的关键作用

随着人类社会的不断发展,人类对能源的需求也在持续增加。有限且不可再生的化石燃料不足以满足人类社会发展进步对能源的需求。同时,化石燃料的大量使用带来诸多环境问题,严重影响人类社会的健康、可持续发展。寻找替代化石燃料的清洁、可再生能源是当务之急。太阳能作为一种清洁、可持续的绿色能源,在过去几十年中引起广泛的研究兴趣。光催化剂是有效利用太阳能的关键所在,传统的无机半导体光催化剂,如金属氧化物或金属硫化物,其光催化性能与实际应用受到诸多负面因素的限制,因此,设计、合成新型绿色、高效的光催化剂仍是目前光催化研究中至关重要的一环。

二维共价有机框架(2D COFs)作为一类共价键连接且周期性结构的晶体多孔材料,具有高比表面积、多孔性、良好的吸光能力、电子结构可调,且规则开放的一维通道,层间长程有序的紧密堆积方式等优点。上述诸多优点使得2D COFs成为一类极具应用前景的非均相光催化剂,亦为深入了解光催化机理提供良好的研究平台。

中国科学院福建物质结构研究所无机化学合成团队张健研究员、周天华研究员,与牛津大学Dr. Chunping Chen,对近年来2D COFs在光催化领域的研究发展进行总结,重点阐述了2D COFs的结构特点与合成策略,以及2D COFs的结构组成与光催化水分解、二氧化碳还原、有机转化、有机污染物降解之间的关系,有望为高性能2D COFs光催化剂的合理设计与合成提供线索。文章主要内容可分为以下几个部分:

1、概述当前光催化研究背景,阐述2D COFs的组成、结构特征在光催化领域应用的独特优势。

2、基于目前2D COFs在光催化领域应用的研究现状,阐明设计合成理想的2D COF光催化剂的两个关键结构因素:building blocks和linkages。并从分子水平上理解building blocks和linkages构筑代表性的2D COFs光催化剂。

3、结合2D COFs在光催化领域的具体研究现状,探讨building blocks和linkages对光催化活性的影响。

4、总结归纳相关研究现状以及有效提高2D COFs光催化活性的可行策略,讨论2D COFs应用于光催化领域的前景与存在的问题。

相关综述以题为“Two-Dimensional Covalent-Organic Frameworks for Photocatalysis: The Critical Roles of Building Block and Linkage”发表于Solar RRL(DOI:10.1002/solr.202000458),周天华研究员与Dr. Chunping Chen为该论文共同通讯作者,硕士研究生林华兴为第一作者,该工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项B的资助。