近日ღ✿，中国科学技术大学教授和团队ღ✿，设计出第一例具有高结晶度ღ✿、且不含金属催化活性中心的共价有机框架ღ✿，

　　目前ღ✿，这项研究工作尚属基础研究阶段ღ✿，其重要性在于证实从分子层面理性设计有机共轭高分子ღ✿，能够解决光化学能量转换研究领域具有挑战性的难题ღ✿。

　　未来ღ✿，他们将进一步设计并发展更多的有机共轭高分子光催化材料k8凯发官方权威AGღ✿，深入揭示结构与性能之间构效关系ღ✿，为发展具备实际应用水平的有机共轭高分子光催化材料提供指导ღ✿。

　　同时ღ✿，他们也致力于探索将高分子光催化材料用于规模化太阳能分解水制氢应用的可能性全国联网排列3ღ✿，从高效ღ✿、低成本的高分子光催化材料结构设计出发ღ✿，进一步构建大规模的集成式光电化学催化水分解装置ღ✿。

　　众所周知ღ✿，2030 年前实现碳达峰ღ✿、2060 年前实现碳中和是中国的重大战略决策ღ✿。实施“双碳”战略并构建以清洁能源为基础的新型能源架构ღ✿，是化工k8凯发官方权威AG凯发k8天生赢家一触即发官网ღ✿。ღ✿、能源等行业破解资源环境约束ღ✿、实现高质量可持续发展的必由之路ღ✿。

　　通过发展人工光合成技术ღ✿，来将太阳能转化为可存储ღ✿、可运输的化学燃料或高附加值化学品ღ✿，是解决能源与环境问题的重要科学途径之一ღ✿，也是前沿科学研究领域一项重要命题全国联网排列3k8凯发官方权威AGღ✿。

　　目前该领域最重要的挑战在于ღ✿：如何模仿自然界光合作用第一步光化学反应过程ღ✿，从而实现高效的光催化全解水反应ღ✿。

　　光合作用ღ✿，是地球上最为重要的光化学反应ღ✿。在这一反应之中ღ✿，由具有共轭结构的有机分子组装结构吸收光子ღ✿，并通过高效的能量传递过程实现k8凯发官方权威AGღ✿。

　　因此ღ✿，从分子水平实现有机高分子光催化功能设计ღ✿，协同调控化学结构与电子结构并构筑活性位点k8凯发官方权威AGღ✿，有望解决光催化全解水难题ღ✿。

　　近年来ღ✿，共价有机框架（COFs凯发电气ღ✿。ღ✿，Covalent organic frameworks）作为一种具有精准化学结构的晶态多孔聚合物ღ✿，是光催化研究领域的新兴材料凯发国际app首页ღ✿，ღ✿。

　　作为共价有机框架结构的构建基础ღ✿，不同光活性单元之间的共价键种类ღ✿，显著影响着共价有机框架材料的光催化性能ღ✿。

　　据了解ღ✿，有机共轭高分子具有丰富的化学结构ღ✿，在人工光合成研究领域具有重要的研究价值ღ✿，有潜力从分子水平实现功能设计与精准合成ღ✿。

　　然而ღ✿，目前有机共轭高分子结构与光催化反应性能之间的构效关系仍然没有经验与规律可寻ღ✿，缺少有效的电荷调控机制ღ✿。

　　由于有机高分子材料的电荷传输效率与其结构有序度密切相关ღ✿，长程有序结构显然更容易实现电荷的长距离高效迁移ღ✿，从而实现光催化全解水这一“圣杯”式化学反应ღ✿。

　　在本次课题制定之初ღ✿，考虑到共价有机框架所具有的诸多优势ღ✿，所以他和团队坚定地认为共价有机框架材料是实现光催化全解水的不二之选k8凯发官方权威AGღ✿。

　　通过大量的文献调研ღ✿，结合该团队前期所发展的以全解水功能为导向的结构单元筛选方法ღ✿，他们筛选出一系列有潜力实现光催化全解水的共价有机框架ღ✿。

　　在材料合成与性能表征的一系列探索过程中ღ✿，课题组惊奇地发现仅仅由于连接键的微小差异ღ✿，构建单元完全相同的两种共价有机框架展现出了截然不同的光催化性能ღ✿，这引起了他们极大的兴趣天生赢家·一触即发ღ✿，ღ✿。

　　随后ღ✿，他们利用一系列表征手段凯发在线ღ✿，ღ✿，例如各类光电化学测试ღ✿、表面光电压ღ✿、超快吸收光谱及变温光致发光光谱ღ✿，对上述现象的成因展开了全面深入的分析ღ✿。

　　分析结果显示ღ✿，共价有机框架构筑单元之间促进 π 电子离域的键合方式有利于电荷的高效分离和迁移ღ✿。

　　此外ღ✿，为了进一步揭示所构筑的共价有机框架的光催化反应机理ღ✿，他们通过第一性原理计算预测了反应活性位点ღ✿，结合原位谱学表征手段对机理进一步验证ღ✿。

　　厘清材料的催化反应机理后ღ✿，其又通过多种对比实验从晶畴大小的角度ღ✿，探究了影响共轭有机高分子光催化活性的因素ღ✿，借此证实长程有序结构是实现高催化活性的必要因素ღ✿。

　　基于此ღ✿，团队通过对共价键种类进行调控ღ✿，首次设计出这款可用于光催化全解水的无金属全共轭 sp2c 连接的共价有机框架（sp2c-Py-BT COF）ღ✿。

　　相比于亚胺键ღ✿，丙烯氰键可以有效调控共价有机框架的电子结构ღ✿，并促进光生电荷的高效分离ღ✿，从而实现光催化全解水ღ✿，其在 420nm 处最高表观量子效率为 2.53%ღ✿。

　　结合第一性原理计算和原位谱学表征技术ღ✿，课题组深入阐明了 sp2c-Py-BT COF 的光催化活性位点和反应机理ღ✿。

　　在此基础之上ღ✿，他们还深刻揭示出共价有机框架晶态结构与光催化活性之间的内在关联ღ✿，证实长程有序结构可以消除结构缺陷ღ✿，从而提高光催化性能ღ✿。

　　“比如科大教授团队提供了理论计算方面的支持ღ✿，大连化物所研究员团队对样品进行了表面光电压测试ღ✿，科大教授团队对样品进行了瞬态吸收光谱测试并进行深入分析k8凯发官方权威AGღ✿。”他说ღ✿。

　　尽管他们对理论计算和表征测试进行了多次反复的测试凯发国际官网首页ღ✿，但是合作者团队毫无怨言ღ✿，为团队揭示光催化反应机理并加深对材料设计的理解提供了鼎力的支持ღ✿。正是因为有强有力的合作者团队ღ✿，他们才能顺利设计并发展新的材料ღ✿。

　　最终ღ✿，相关论文以《用于光催化整体水分解的完全共轭二维 Sp2 碳连接共价有机框架》（）为题发在 Advanced Materialsღ✿。

　　因此ღ✿，后续他们将继续以 sp2c 为连接键ღ✿，设计新的共价有机框架全国联网排列3ღ✿。并通过引入记性基团ღ✿、设计拓扑结构等物性调控策略ღ✿，尝试揭示复杂的电荷输运行为全国联网排列3k8凯发官方权威AGღ✿，实现光生电荷的长程有序迁移ღ✿，并从分子水平上建立起结构与性能之间的构效关系ღ✿。

　　未来ღ✿，他们将进一步优化材料合成方法学ღ✿，以提升共价有机框架的晶畴尺寸全国联网排列3ღ✿，期待可以设计出能够匹配共共价有机框架光生电荷迁移路径的材料ღ✿，最大程度地发挥出共价有机框架作为晶态有机高分子光催化材料的独特优势ღ✿。