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Nitrogen-Rich Triazine-Based Covalent Organic Frameworks as Efficient Visible Light Photocatalysts for Hydrogen Peroxide Production
Nanomaterials ( IF 4.4 ) Pub Date : 2024-04-08 , DOI: 10.3390/nano14070643
Shu Yang 1, 2 , Keke Zhi 3, 4 , Zhimin Zhang 1, 2 , Rukiya Kerem 1, 2 , Qiong Hong 1, 2 , Lei Zhao 1, 2 , Wenbo Wu 1 , Lulu Wang 1, 2 , Duozhi Wang 1, 2
Nanomaterials ( IF 4.4 ) Pub Date : 2024-04-08 , DOI: 10.3390/nano14070643
Shu Yang 1, 2 , Keke Zhi 3, 4 , Zhimin Zhang 1, 2 , Rukiya Kerem 1, 2 , Qiong Hong 1, 2 , Lei Zhao 1, 2 , Wenbo Wu 1 , Lulu Wang 1, 2 , Duozhi Wang 1, 2
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Covalent organic frameworks (COFs) have been widely used in photocatalytic hydrogen peroxide (H2O2) production due to their favorable band structure and excellent light absorption. Due to the rapid recombination rate of charge carriers, however, their applications are mainly restricted. This study presents the design and development of two highly conjugated triazine-based COFs (TBP-COF and TTP-COF) and evaluates their photocatalytic H2O2 production performance. The nitrogen-rich structures and high degrees of conjugation of TBP-COF and TTP-COF facilitate improved light absorption, promote O2 adsorption, enhance their redox power, and enable the efficient separation and transfer of photogenerated charge carriers. There is thus an increase in the photocatalytic activity for the production of H2O2. When exposed to 10 W LED visible light irradiation at a wavelength of 420 nm, the pyridine-based TTP-COF produced 4244 μmol h−1 g−1 of H2O2 from pure water in the absence of a sacrificial agent. Compared to TBP-COF (1882 μmol h−1 g−1), which has a similar structure but lacks pyridine sites, TTP-COF demonstrated nearly 2.5 times greater efficiency. Furthermore, it exhibited superior performance compared to most previously published nonmetal COF-based photocatalysts.
中文翻译:
富氮三嗪基共价有机框架作为高效可见光光催化剂用于过氧化氢生产
共价有机骨架(COF)由于其良好的能带结构和优异的光吸收而被广泛用于光催化过氧化氢(H2O2)生产。然而,由于载流子的快速复合速率,它们的应用主要受到限制。本研究介绍了两种高度共轭三嗪基 COF(TBP-COF 和 TTP-COF)的设计和开发,并评估了它们的光催化 H2O2 生产性能。 TBP-COF和TTP-COF的富氮结构和高度共轭有利于改善光吸收,促进O2吸附,增强其氧化还原能力,并实现光生电荷载流子的有效分离和转移。因此,产生 H2O2 的光催化活性增加。当暴露于波长为 420 nm 的 10 W LED 可见光照射时,基于吡啶的 TTP-COF 在没有牺牲剂的情况下从纯水中产生 4244 μmol h−1 g−1 H2O2。与结构相似但缺乏吡啶位点的 TBP-COF (1882 μmol h−1 g−1) 相比,TTP-COF 的效率提高了近 2.5 倍。此外,与大多数先前发布的非金属COF基光催化剂相比,它表现出优越的性能。
更新日期:2024-04-09
中文翻译:

富氮三嗪基共价有机框架作为高效可见光光催化剂用于过氧化氢生产
共价有机骨架(COF)由于其良好的能带结构和优异的光吸收而被广泛用于光催化过氧化氢(H2O2)生产。然而,由于载流子的快速复合速率,它们的应用主要受到限制。本研究介绍了两种高度共轭三嗪基 COF(TBP-COF 和 TTP-COF)的设计和开发,并评估了它们的光催化 H2O2 生产性能。 TBP-COF和TTP-COF的富氮结构和高度共轭有利于改善光吸收,促进O2吸附,增强其氧化还原能力,并实现光生电荷载流子的有效分离和转移。因此,产生 H2O2 的光催化活性增加。当暴露于波长为 420 nm 的 10 W LED 可见光照射时,基于吡啶的 TTP-COF 在没有牺牲剂的情况下从纯水中产生 4244 μmol h−1 g−1 H2O2。与结构相似但缺乏吡啶位点的 TBP-COF (1882 μmol h−1 g−1) 相比,TTP-COF 的效率提高了近 2.5 倍。此外,与大多数先前发布的非金属COF基光催化剂相比,它表现出优越的性能。