过氧化氢（H2O2）作为绿色氧化剂和能源载体，因其温和的反应条件和清洁的分解产物，正受到广泛关注。近年来，共价有机框架（COFs）因其高比表面积、可调结构和优异的光电性能，被认为是理想的光催化H2O2生成材料。然而，如何优化其电子结构以进一步提升光生电荷分离效率和氧还原反应（ORR）活性，仍面临巨大挑战。
近日，兰州大学唐瑜教授和陈凤娟教授团队报道通过引入噻吩和呋喃的结构异构体单元，实现了COFs电子结构的精细调控，进而显著提升了其光催化产H2O2性能。其中，含噻吩结构的COFs在电荷分离和光催化活性方面优于呋喃类COF，这主要归因于更强的给受体相互作用。
其中2-位取代噻吩基COFs（DT2TA-TAPB）展现出显著的性能优势：该材料由 1,3,5-三(4-氨基苯基)苯（TAPB）与 2,5-二(2-噻吩基)对苯二甲醛（DT2TA）构筑而成，具有较低的激子结合能、更长的电子寿命以及更有效的空间电荷分离能力。理论计算进一步揭示，噻吩中的硫原子及其邻近碳原子为关键活性位点，有助于稳定过氧中间体（*OO*），促进一步两电子ORR路径生成H2O2。
实验结果显示，在10%乙醇和纯水中，DT2TA-TAPB分别实现了10972和8587 μmol g--1 h-1的H2O2产率，远超目前多数已报道的COFs基光催化剂。该研究不仅提供了一种基于结构异构调控的有效策略，也为设计高效COFs光催化体系开辟了新思路。
这一成果近期发表在Nature Communications上，文章的第一作者是兰州大学博士研究生巨玉君，共同第一作者兰州大学博士研究生林海龙，谭国英。
https://www.nature.com/articles/s41467-025-60960-6
Regulating the electronic structure of covalent organic frameworks via heterocyclic isomers for highly efficient photocatalytic H2O2generation
Yujun Ju, Hailong Lin, Guoying Tan, Pingru Su, Zhe Wang, Chenjia Hu, Ruien Hou, Tinglong Hao, Fengjuan Chen & Yu Tang
Nat. Commun., 2025, 16, 5658.DOI: 10.1038/s41467-025-60960-6
唐瑜，萃英二级教授，博士生导师。教育部长江学者特聘教授，主要从事稀土配合物发光材料的合成以及功能调控研究。基金委稀土功能材料创新研究群体负责人，英国皇家化学会会士（FRSC），中国化学会会士，国务院政府特殊津贴专家。兼任国务院学位委员会第八届化学学科评议组成员，中国化学会副秘书长，中国化学会无机化学学科委员会委员，中国化学会科普工作委员会委员，中国化学会女化学工作者委员会委员。担任《Aggregate》期刊顾问编委，ACS期刊《Inorg. Chem.》副主编，《Inorg. Chem. Front.》、 《中国稀土学报》（中、英文版）、《无机化学学报》和《结构化学》等期刊编委。主持国家自然科学基金创新研究群体项目、重点项目和面上项目，111引智基地项目，甘肃省重大专项、重点研发计划和企业合作项目等研究课题。以通讯作者或第一作者在《Nat. Sci. Rev.》、《Angew. Chem. Int. Ed.》、《J. Am. Chem. Soc.》、《Energy Environ. Sci.》、《Adv. Mater.》、《ACS Nano》和《Adv. Sci.》等刊物发表论文200余篇。
陈凤娟，教授，博士生导师，长期从事水污染治理相关研究工作，多项技术实现成果转化。担任生态环境公益诉讼技术专家，甘肃省巾帼科技智库专家，金川公司驻企教授，中金岭南有色金属股份有限公司特聘专家，镍钴新材料国家工程中心特聘专家，CCL青年编委，陇原青年英才获得者。承担国家自然科学基金、甘肃省重大科技专项、甘肃省重点研发项目，西藏自治区重点研发计划、中国稀土集团揭榜挂帅等课题，主持多项“产学研”合作项目。目前在Nat. Commun.，Angew. Chem. Int. Ed., ES&T, ACS Nano, Adv. Energy Mater.,等杂志发表论文50余篇，授权发明专利10余件，获得稀土科学技术奖二等奖1项。
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