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功能性β-酮烯胺有机框架（COFs）的快速连续流合成方法，用于在真实海水中实现高效的光催化氢气生成
【字体： 大 中 小 】 时间：2026年03月08日 来源：Science China-Chemistry 9.7
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高效海水兼容光催化COF的连续流合成与性能调控研究，提出连续流法制备β-酮胺COF新方法，5分钟内获得结晶度高、带隙调控（甲基取代使带隙缩小）、可见光响应强的COF材料，甲基化TPBD-CH3在海水中的产氢速率达73.1 mmol g?1 h?1，超过多数COF系统，光谱和计算表明甲基取代优化电荷分离及H*吸附能。
开发高效、适用于海水的光催化剂，以实现高活性和耐久性的太阳能氢气（H2）生产至关重要。共价有机框架（COFs）由于其周期性结构、化学稳定性以及易于功能化，是理想的氢气生产光催化剂。然而，目前的COFs合成方法通常需要复杂的真空操作和高温下的长时间反应，这限制了其在实际生产中的可扩展性。在这里，我们介绍了一种连续流动工艺，能够在几分钟内（约5分钟）制备出具有可控结晶度、光电性能的COFs，并且具有批次间重现性和易于放大生产的特点。利用这一平台，通过1,3,5-三甲酰氟苯葡萄糖（Tp）与含有–H、–CH3或–F取代基的双苯二胺（BD）进行Schiff碱缩合反应，制备出了三种β-酮烯胺类COFs。在可见光（λ > 420 nm）下，甲基化的TpBD-CH3在模拟海水（含3.5 wt% NaCl）中的氢气产生速率最高，达到107.2 mmol g?1 h?1，在真实海水中为73.1 mmol g?1 h?1，超过了大多数同类报道的COF系统。光谱测量、电化学实验以及密度泛函理论（DFT/TDDFT）分析表明，甲基取代作用缩小了带隙，增强了可见光吸收，降低了界面电荷转移阻力，提高了激发态空穴-电子分离效率，并使得H*的吸附自由能接近热中性——这些特性共同促成了其卓越的光催化氢气生成性能。本研究确立了连续流动工艺作为制备高质量COFs的有效且可扩展的平台，并为开发适用于海水的光催化剂以实现可持续氢气生产提供了明确的设计指导。
开发高效、适用于海水的光催化剂，以实现高活性和耐久性的太阳能氢气（H2）生产至关重要。共价有机框架（COFs）由于其周期性结构、化学稳定性以及易于功能化，是理想的氢气生产光催化剂。然而，目前的COFs合成方法通常需要复杂的真空操作和高温下的长时间反应，这限制了其在实际生产中的可扩展性。在这里，我们介绍了一种连续流动工艺，能够在几分钟内（约5分钟）制备出具有可控结晶度、光电性能的COFs，并且具有批次间重现性和易于放大生产的特点。利用这一平台，通过1,3,5-三甲酰氟苯葡萄糖（Tp）与含有–H、–CH3或–F取代基的双苯二胺（BD）进行Schiff碱缩合反应，制备出了三种β-酮烯胺类COFs。在可见光（λ > 420 nm）下，甲基化的TpBD-CH3在模拟海水（含3.5 wt% NaCl）中的氢气产生速率最高，达到107.2 mmol g?1 h?1，在真实海水中为73.1 mmol g?1 h?1，超过了大多数同类报道的COF系统。光谱测量、电化学实验以及密度泛函理论（DFT/TDDFT）分析表明，甲基取代作用缩小了带隙，增强了可见光吸收，降低了界面电荷转移阻力，提高了激发态空穴-电子分离效率，并使得H*的吸附自由能接近热中性——这些特性共同促成了其卓越的光催化氢气生成性能。本研究确立了连续流动工艺作为制备高质量COFs的有效且可扩展的平台，并为开发适用于海水的光催化剂以实现可持续氢气生产提供了明确的设计指导。
