本技术涉及共价有机框架材料和光催化有机反应领域,具体涉及一种提高光生电荷分离的COF材料及其制备方法和应用。本发明以1,3,5‑三(4‑氨基苯基)苯(TAPB)作为给体单元,制备了以共轭单元2,1,3‑苯并噻二唑作为受体单元的一种新型D‑A型多联苯并噻二唑基TPAB‑DTT‑COF共价有机框架材料。TAPB是目前比较广泛使用的优秀的电子给体单元,多联苯并噻二唑基是吸电子基团,二者组合搭配增强了分子内的电负性的差值,减小了激子束缚能,促进了电子从TAPB向DTT单元的转移,增强了面内传输和激子分离效率,在光照下激子发生解离,进而电子空穴分离形成光电流,得到的TAPB‑DTT‑COF材料表现出显著的光电流响应信号更明显的电荷转移性能,以及良好的光催化性能。
背景技术
随着全球气候变暖和生态环境的恶化,在不久的将来全球将面临着煤炭、石油等化石能源枯竭的严峻形势,然而这些能源都是不可再生的,而且燃烧和使用过程中还会释放对生态环境有害的气体和烟尘。因此,开发清洁、高效、可持续的新能源成为了可持续发展的重要举措。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,将太阳能转化为化学能的光催化已被公认为是应对当前能源和环境挑战的最重要的解决方案之一。共价有机框架材料(Covalent organic frameworks, COFs)是一类具有规整结晶网络结构的多孔材料,具有重量轻、高光/热稳定性和化学稳定性、结晶性强大的比表面积、以及带隙可调等优点,在储能、催化、传感和生物治疗等领域受到了广泛的关注,近年来已经成为国内外化学与材料学领域研究的前沿热点。
增强光捕获、光生电荷产生和电荷转移是提高COF材料光催化活性的关键。由于有机材料本征上静电常数较小,较强的库伦束缚作用力阻碍了激子分离成自由空穴和电子,因此减小激子效应是设计有机共价框架材料的重要方向。在众多的设计策略中,富电子和缺电子部分相结合形成周期性有序给体-受体结构是一个有效的方法来实现更有效的激子分离和电荷传输,进而提高光催化性能。虽然D-A型COF材料已经取得了不错的进展,但是由于有机半导体材料的固有的相对较小的静电常数,易导致较大的激子束缚能和较低的光生电荷分离效率,最终导致有机光催化剂的光催化活性低。因此,通过选择合适的给-受体单元可以很容易的调节分子内的激子束缚能和共轭平面性,进而调节有机催化剂的光生电荷效率。
实现思路