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该篇PDF的主要工作内容是构建了两种基于卟啉的二维共价有机框架（2D COFs），分别为TPB-TAPP-COF和TFPPY-TAPP-COF，用以提高光催化氢气产生效率。研究团队通过设计和合成这两种具有不同共轭水平的COFs，并研究了它们的光催化性能。实验结果表明，TFPPY-TAPP-COF的光催化氢气产生效率显著高于TPB-TAPP-COF，这揭示了共轭程度对电荷传输效率和光催化氢气进化效率的重要影响。研究还深入探讨了这两种COFs的光物理性质、电荷生成和传输行为，以及它们在光催化过程中的机理，为设计更高效的光催化剂提供了理论依据和实验数据。
文章要点
（1）COFs材料特性：COFs材料具有强可见光响应和结构可调性，可通过调整带隙来优化其性能。COFs还表现出良好的热稳定性和溶剂稳定性，优于以往报道的无机光催化材料。
（2）光催化产氢性能：在优化的反应条件下，TFPPY-TAPP-COF的产氢效率为8700μmol/(h·g)，约为TPB-TAPP-COF（4244μmol/(h·g)）的两倍。TFPPY-TAPP-COF具有更低的电荷转移电阻和更高的瞬态光电流密度，显示出更优异的光生电荷分离行为。
（3）稳定性与可重用性：光催化后，COFs的FT-IR和UV-vis光谱无明显变化，表明其共价连接保持稳定。两者在连续光照下均表现出稳定的H2析出速率，具有良好的可重用性。
图文详情
图1 TPB-TAPP-COF 和 TFPPY-TAPP-COF 的合成程序。
图2 TPB-TAPP-COF和TFPPY-TAPP-COF的N2吸附和解吸等温线（a和c）和孔径分布（b和d）；FTIR谱(e)和13C固态核磁共振谱（13C ssNMR）(f)。
图3 （a）TPB-TAPP-COF 和 TFPPY-TAPP-COF 的 DRS-UV 光谱。（b）Tauc 图。（c）两个 COF 的 PL 寿命衰减测试。样品用 λ 激发前任= 405 nm 激光，TPB-TAPP-COF 在 689 nm 处测量发射，TFPPY-TAPP-COF 在 668 nm 处测量发射。
图4 （a）H2使用不同牺牲剂的 TFPPY-TAPP-COF 进化速率。（b）H2不同质量催化剂下 TFPPY-TAPP-COF 的析出速率。（c）H2不同 Pt 负载量下 TFPPY-TAPP-COF 的演化速率。（d）H2相同条件下 TFPPY-TAPP-COF 和 TPB-TAPP-COF 的演化速率。
图5 光催化前后材料的 XPS 光谱。（a）全谱。（b）光催化后 TPB-TAPP-COF 和 TFPPY-TAPP-COF 的 Pt 4f XPS 光谱。（c）加载 Pt 前后 TPB-TAPP-COF 的 N 1s XPS 谱图。（d）加载 Pt 前后 TFPPY-TAPP-COF 的 N 1s XPS 谱图。
图6 TPB-TAPP-COF（a）和 TFPPY-TAPP-COF（b）在 300 Hz、500 Hz 和 1000 Hz 时的莫特-肖特基 （M-S） 图。（c）两个 COF 的前沿轨道能量与水的氧化还原电位的比较。（d）在灯开关时，涂在铟锡氧化物电极上的两个 COF 作为三电极 CV 设置中的工作电极的光电流产生。（e）两个 COF 的 EIS 光谱。（f）两种 COF 在 5 min 照明下的 ESR 光谱。
文献详情
Title:Construction of porphyrin-based two-dimensional covalent organic frameworks for photocatalytic hydrogen production
Authors:Shaoxing Liu, Ming Wang, Shenglin Wang, Hui Hu, Jiamin Sun, Jianyi Wang, Xiaofang Su,Hui Lu and Yanan Gao
TO be cited as:Catalysis Sci. Technol.,2024,14, 4236–4244
DOI:10.1039/d4cy00531g
作者简介
湖南大学何清课题组
研究方向｜超分子化学
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