利用光催化法从水和空气中合成H₂O₂是小规模高效生产H₂O₂的理想方法。然而，2e^-途径的水氧化反应（WOR）活性和选择性较差，极大地限制了光催化合成H₂O₂的效率。

近日，三峡大学Liqun Ye，斯威本科技大学马天翼教授报道了制备了一种基于联吡啶的共价有机骨架光催化剂（COF-TfpBpy），用于水和空气中合成H₂O₂。在298 和333 K时，太阳能化学转换效率分别为0.57%和1.08%，高于当前报道的最高值。所得H₂O₂溶液具有降解污染物的能力。

文章要点

1）研究人员首先验证了联吡啶基COFs对从水和空气中产生H2O2具有很高的活性。在298 K的一个标准太阳光下，H₂O₂的最佳光合速率达到1042 μM h^-1，是纯g-C₃N₄的496倍（2.1 μM h^-1）。在420-550 nm范围内，表观量子产率(AQY)大于8%。H₂O₂合成的太阳能-化学转换效率(SCC)为0.57%，大大高于植物的典型光合效率(~0.10%)。同样的催化剂在333K时的SCC效率(1.08%)也高于迄今的最高值(1.0%，不含牺牲试剂和缓冲剂)。

2）光照8 h(一天的平均光照时间)，合成的H₂O₂浓度可达5.6 mM，可直接用于降解罗丹明B(RhB)和灭活大肠杆菌(E.coli)。更重要的是，研究人员揭示了COFs中的联吡啶对于从水和空气中光催化生产H₂O₂的重要性。

3）机理研究表明，COF-TfpBpy优异的光催化活性是由于联吡啶单体的质子化作用，促进了2e^- WOR，进而增强了Yeager型氧吸附，加速了2e^-一步氧还原。

这项工作首次证明了COF从水和空气中光催化合成H₂O₂，为利用光合成的H₂O₂溶液处理废水铺平了道路。

参考文献

Mingpu Kou, et al, Molecularly Engineered Covalent Organic Frameworks for Hydrogen Peroxide Photosynthesis, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI：10.1002/anie.202200413

https://doi.org/10.1002/anie.202200413