我校在共价有机框架材料光催化领域取得重要进展

来源: 科技处 化学与材料科学学院

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编辑:网络新闻编辑部

发布日期:2025-06-03

近日,我校化学与材料科学学院副教授赵晓佳课题组与德国柏林工业大学合作,在共价有机框架(COF)构筑及其光催化产氢性能调控方面取得了重要进展。相关研究成果以“Modulating the Polarity of Imine Bonds in Donor–Acceptor Covalent Organic Frameworks for Enhanced Photocatalytic H₂ Production”为题,发表在国际化学领域顶级学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》。河北师范大学为成果第一完成单位,化学与材料科学学院硕士研究生李紫璇为第一作者,赵晓佳副教授、物理学院焦亚龙教授以及柏林工业大学Arne Thomas教授为共同通讯作者。

共价有机框架材料因其高比表面积、结构可调性和优异的光电性能,在太阳能驱动的光催化产氢等清洁能源转化领域展现出广阔的应用前景。亚胺键(C=N)作为COF中常见的连接方式,其极性对电子在材料中的传输与分离过程具有重要影响,进而影响其光催化性能。然而,C=N键极性如何影响COF的光催化行为,目前尚缺乏系统研究。

赵晓佳课题组通过调控亚胺键的取向及受体单元的电子吸引能力,构建出一系列具有不同C=N键极性的供体-受体型COF材料,系统研究了C=N极性对材料光吸收能力、能带结构、激子结合能、电荷分离与迁移行为等光电特性的影响。结果表明,适度的C=N极性有助于在降低激子结合能和提升电荷分离效率之间取得平衡,从而实现更优的光催化性能。其中,结构中含有单氟取代受体单元的Py-C=N-BT_F-ac产氢活性最优,产氢速率达14.0 mmol h⁻¹ g⁻¹。

研究揭示了C=N键极性在COF光催化性能调控中的作用机制,提出“极性调控”材料设计策略,为高效COF光催化材料的开发提供了重要理论指导。该工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金杰出青年基金等项目的支持。

论文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202509444