通过光催化技术重整液态有机氢载体（如甲酸）制备氢燃料是解决当前绿色低碳能源需求和实现可持续发展的重要路径。二维共价七嗪框架（CHFs）材料具有结构稳定、可见光响应、结构可调控等优点，在光催化领域展现出巨大的应用前景，是实现高效光催化甲酸重整制氢的理想光催化剂之一。
然而，CHFs材料由于七嗪聚合结构通常导致共轭结构和结晶度低，使得晶体内部和界面的载流子传输阻力大，并且CHFs材料通常具有较大的激子结合能，不利于自由电子的形成。因此CHFs材料的载流子利用效率较低，限制了光催化制氢效率的提高。
基于此，西安交通大学的金尚彬教授课题组选择两种结构相似的CHFs结构，以聚七嗪亚胺（PHI）网状结构为主体，苯基连接的七嗪单元（CHF-Ph）以类似掺杂的形式嵌入在PHI网状结构中，设计合成了一种具有内嵌异质结结构的CHF混晶用于光催化甲酸重整制氢。
CHF混晶（m-CHF-1）的结晶性和共轭程度相比于PHI都显著提高，并且主体的PHI结构和内嵌的CHF-Ph结构通过能带匹配构建II型异质结，促进载流子定向迁移，导致传输效率显著提高。此外，CHF-Ph的嵌入使m-CHF-1的激子结合能相比于PHI明显减小，其载流子更容易解离形成自由电子，从而提高载流子的效率。
因此，CHF混晶（m-CHF-1）展现出优异的光催化甲酸重整制氢性能，制氢速率达到了42.86 mmol h-1 g-1，在420 nm处的表观量子效率为24.6%，并且具有良好的光催化稳定性。
本研究为构建高效的异质结有机可见光催化剂提供了一种新的合成策略，并为氢技术的应用发展提供了技术参考。
论文信息
Mixed Crystalline Covalent Heptazine Frameworks with Built-in Heterojunction Structures towards Efficient Photocatalytic Formic Acid Dehydrogenation
Cheng Cheng, Siquan Zhang, Jin Zhang, Lijiang Guan, Prof. Mohamed E. El-Khouly, Prof. Shangbin Jin
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202411359
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