谭必恩、李和国CJPS封面综述：“共价有机框架光催化剂”

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共价有机框架（COFs）材料是一类通过共价键连接而成的晶态有机多孔材料，具有比表面积大、化学稳定性好、结构易调控和功能化等特点，在吸附、催化、储能以及光电材料等领域受到越来越多的关注。特别是一些具有共轭结构的共价有机框架材料展现出优异的可见光吸收能力，宽光吸收范围、结构易调控、高比表面积、高结晶性等特点使其成为一类新兴的有机光催化材料。但是，共价有机框架材料作为光催化剂仍然存在亟需解决的问题，例如：（1）大部分基于可逆共价键构筑的共价有机框架材料的水热稳定性较差，在光催化应用过程中易发生分解；（2）光催化反应机制不明确且载流子的分离、传输效率低；（3）使用不可持续的牺牲剂。上述这些问题限制了共价有机框架光催化剂的光催化效率，制约了其实际应用。

共价三嗪框架是一类节点为三嗪环的共轭聚合物，其中结晶性的共价三嗪框架属于共价有机框架材料的一类独特的组成部分。三嗪环的稳定性有效解决了常见共价有机框架材料水热稳定性较差这一关键科学问题。同时三嗪环的吸电子特性赋予了这类材料原生的D-A结构，因此它在包括光、电催化等一系列的研究领域中具有极大的应用潜力。然而，对于这种由非可逆共价键形成的框架材料，传统的合成方法需要在较高的温度或强酸催化下进行，不可避免的会造成碳化、聚合度低、结晶性差等问题，从而限制了其在光催化领域的应用。

针对共价三嗪框架材料面临的这些关键科学与技术问题，华中科技大学化学与化工学院谭必恩团队致力于共价三嗪框架的合成方法学及其光催化应用研究，并取得了一系列的创新研究成果，包括：1)开发了低温缩聚法合成共价三嗪框架材料的策略，反应能够在较温和的条件下进行；2）通过控制成核和生长过程，得到了高结晶性的共价三嗪框架材料；3）发展了D-A结构设计、能带调控过程、形貌调控等多种策略提高了光生载流子的分离、传输效率；这些方法和策略实现了共价三嗪框架材料的可控制备和高的光催化活性。

图1 各种COFs光催化剂的合成方法

基于在该领域多年的研究积淀，华中科技大学化学与化工学院谭必恩教授课题组综述了近年来共价有机框架材料和共价三嗪框架材料在光催化领域的研究进展。总结了不同种类的COFs的合成方法；从不同的光催化机理出发，阐述了不同的光催化应用。最后，他们还进一步讨论了COFs这一新兴光催化材料所面临的挑战，并且指出未来的广阔前景和可能的发展方向。

该邀请综述论文近期在Chinese Journal of Polymer Science上以封面论文发表，题目为COFs-based Porous Materials for Photocatalytic Applications，华中科技大学谭必恩教授和军事科学院李和国研究员为通讯作者，博士生胡勋亮为第一作者。相关研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

论文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s10118-020-2394-x

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