氮杂环COFs由于其独特的光电性能具有极高的光催化产H2O2潜力。为系统研究N-杂环COFs中不同数量和位置的氮原子对其光催化效率的影响，充分理解结构设计的内在逻辑，本论文通过不同前体合成了不同氮原子数量和位置的氮杂环COFs（TpMp、TpPd、TpPm和TpTz）。其中，TpPm在可见光照射、自然pH条件下，无需牺牲剂或氧气曝气，实现了17014 μmol h-1 g-1的极高H2O2产率，优于此前报道的COFs基光催化剂，甚至高于需氧气曝气和牺牲剂的体系。
图1. Tp-COFs的合成及其高效H2O2生成性能。
催化剂光电性能表征表明合适的氮原子的数量和位置可以使TpPm其保持较强的光吸收能力，同时防止因带隙过窄而引起的电子-空穴对快速复合，并具有最快的电子迁移率、最高的光电流密度和荧光寿命。论文验证了氮原子的数量和位置在调节COFs光电特性中的关键作用，通过实验和理论研究了TpPm上的H2O2生成反应路径，结果表明合适的氮原子数量和位置使得TpPm拥有具有最高的ORR能力和最低的反应电位势垒，并能够通过双通路路径协同生成H2O2。
为验证光催化H2O2合成系统在原位水处理中的应用潜力，本论文构建了20×20 cm的平板反应器，在自然光照下高效连续生成H2O2，实现了新污染物的持续降解和长效水消毒。该光催化反应器对环丙沙星、磺胺甲恶唑和氨苄青霉素等抗生素的去除率均超过90%，并具有长效的消毒效果。集成的WOR过程解决了氧气限制问题，同时为ORR提供质子以高效合成H2O2，基于此，TpPm平板反应器即使在低光强下也能维持0.8~1.6 mM的H2O2持续生成。
本论文开发了一种高效Tp-COFs催化剂用于光催化H2O2生产，研究结果展现了原位光催化产H2O2反应器的在环境领域的巨大应用潜力，为光催化H2O2合成及可规模化的原位水处理提供了新知识。
图2. 平板反应器用于原位水处理。
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