上海有机所在多维度共价有机框架异质结仿生催化方面取得进展

受自然界叶片多级结构启发，中国科学院上海有机所赵新课题组发展了一种原位“一锅法”共组装策略，通过相同二元单体在同一反应体系中同时生成一维(1D)和三维(3D)共价有机框架(COF)，成功构筑了多级集成的COF@COF维度异质结(1D@3DCOF-2)。研究背景是传统仿生光催化剂受限于无机或有机小分子体系，高分子体系存在孔隙率低和结构协同困难。研究目的在于利用COF的结构多样性，解决单组分COF难以同时整合多功能单元的难题。结论表明，该材料中1DCOF-CN和3DCOF-CN分别模拟“叶茎”与“叶肉”，形成S型异质结和内建电场，显著强化了光生载流子分离与迁移。亲水性的1DCOF-CN有效锚定Pt纳米颗粒作为析氢活性位点，3DCOF-CN则通过高比表面积和互通孔道促进光吸收和传质。该异质结在可见光下实现45.7 mmol h⁻¹ g⁻¹的析氢速率，是单独3DCOF-CN的1.5倍，且在海水和低催化剂负载条件下表现出良好潜力。该工作首次实现同一单体体系中不同维度COF可控构筑，为仿生异质结构设计和太阳能转化提供了新思路。