作为新型分子基框架材料，虽然历经近二十年的探索，共价有机框架材料依然处于成长阶段，因此一直广受关注。近日，姜建壮教授团队在酞菁基共价有机框架材料的设计合成和可见光催化制备H₂O₂性能研究方面取得进展，并在J. Am. Chem. Soc.上发表研究论文“Piperazine-Linked Metalphthalocyanine Frameworks for Highly Efficient Visible-Light-Driven H₂O₂ Photosynthesis”。过氧化氢（H₂O₂）是一种环境友好的无机氧化剂，广泛应用于污水处理、织物漂白、杀菌消毒以及有机合成中。目前90%以上的H₂O₂是通过蒽醌法生产，该生产方法能耗高且需要使用大量有机原料并排放有机污染物。光催化O₂还原至H₂O₂（O₂ + 2e^- + 2H⁺ → H₂O₂）是一种绿色、安全、低能耗的H₂O₂制备方法，近年来受到了越来越多的关注。然而这种2e^-氧还原过程面临着来自4e^-氧还原反应（O₂ + 4e^- + 4H⁺ → 2H₂O）的竞争，因此发展高效的光催化剂来实现快速、高选择性的O₂至H₂O₂的转化成为业界的迫切需要。

图 CoPc-BTM-COF和CoPc-DAB-COF的合成示意图

  针对以上挑战，该研究团队开发了哌嗪链接的钴酞菁（CoPc）基共价有机框架（COFs）材料CoPc-BTM-COF和CoPc-DAB-COF，它们具有晶态、共轭的多孔结构，在400-1000 nm的波长范围具有强烈的吸收，这些特点使得它们展现出优异的光催化O₂还原至H₂O₂的活性，特别是在CoPc-BTM-COF的催化作用下，光合成H₂O₂速率达到2096 μmol h^-1 g^-1，波长630 nm光照下的量子产率达到7.2%，均高于目前报道的所有同类材料的性能。该研究结果将有助于制备用于可见光驱动的H₂O₂光合作用的高性能和低成本光催化剂。