通过共价有机框架利用阳光为未来提供动力

光催化剂从光中吸收能量以发生化学反应。最著名的光催化剂可能是叶绿素，这是植物中的一种绿色色素，有助于将阳光转化为碳水化合物。虽然碳水化合物可能不再受欢迎，但光催化比以往任何时候都受到更多关注。在光催化过程中，光落在光催化剂上，增加其电子的能量并导致它们破坏它们的键并在催化剂中自由移动。这些“激发”的电子然后与化学反应的原材料反应以产生所需的产品。替代能源研究领域的重中之重是使用光催化剂将太阳能转化为燃料，这一过程被称为“太阳能到燃料的生产”。

在Coordination Chemistry Reviews 上发表的一篇文章中, 中国南京林业大学夏昌雷博士;西北大学Kent Kirlikovali博士;来自越南 Duy Tan 大学的 Thi Hong Chuong Nguyen 博士、Xuan Cuong Nguyen 博士、Quoc Ba Tran 博士和 Chinh Chien Nguyen 博士;越南岘港大学的 Minh Khoa Duong 博士和 Minh Tuan Nguyen Dinh 博士;越南同德胜大学Dang Le Tri Nguyen博士;Sholini大学的Pardeep Singh博士和Pankaj Raizada博士;越南平阳大学的Van-Huy Nguyen博士;韩国高丽大学的Soo Young Kim博士和Quyet Van Le博士;来自帕特利普特拉大学的 Laxman Singh 博士;和韩国首尔国立大学的 Mohammadreza Shokouhimer 博士强调了共价有机框架 (COF) 的潜力，这是一种新型吸光材料，

正如 Pardeep Singh 博士解释的那样，“太阳能已被成功地利用来发电，但我们还不能有效地利用它制造液体燃料。这些太阳能燃料，如氢，可能是可持续、可储存和便携式能源。”

COFs 的特殊之处在于它们能够提高催化能力并在其结构中添加称为“官能团”的特殊取代分子，从而为解决现有光催化剂的局限性提供了一种方法。这是由于 COF 的某些有利特性，例如化学稳定性、可控的孔隙率和强电子离域，使其更加稳定。

顾名思义，COFs 由有机分子组成，这些分子结合在一起形成一个可以定制以适应各种应用的结构。此外，强电子离域意味着，与半导体光催化剂不同，受激电子很少在中途复合，从而为化学反应产生更多受激电子。由于这些反应发生在光催化剂的表面，因此 COF 增加的表面积和可改变的孔隙率是一个巨大的优势。COF 光催化剂可用于将水转化为氢气，以及从二氧化碳生产甲烷，从而有望实现生产燃料和减缓全球变暖的双重好处。此外，它们甚至可以帮助固氮、塑料生产和气体储存。

一种新型 COF，共价三嗪骨架 (CTF)，目前处于制氢研究的前沿。与石墨光催化剂相比，CTF 产生氢气的能力是其 20-50 倍，使其成为未来燃料生产的一个非常有前途的选择。

然而，在我们把太阳能车放在马之前，重要的是要注意，基于 COF 的光催化剂处于发展的早期阶段，仍然不能像基于半导体的同类产品那样有效地生产燃料。尽管如此，它们杰出的特性和结构多样性使它们成为未来太阳能燃料研究的有希望的候选者，也是当前能源危机的可行解决方案。乐观的 Pankaj Raizada 博士总结道：“最重要的问题是探索用于所需应用的强大的 COF 衍生催化剂。可以预期，基于 COF 的光催化剂将在未来几年实现新的里程碑。”

事实上，基于清洁能源的未来似乎并不遥远。

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