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【DFT+實驗】華南師大/南師大Angew：近100%轉化率和選擇性！Cu3-BT-COF助力H2O2光合作用和FFA光氧化

過氧化氫（H₂O₂）光合作用與生物質增值相結合，既能最大限度地利用能源，又能實現高附加值產品的生產。基于此，華南師范大學蘭亞乾教授和陳宜法教授、南京師范大學俞飛教授等人報道了一系列具有調控氧化還原分子結的COFs（Cu₃-BT-COF、Cu₃-pT-COF和TFP-BT-COF），并研究了H₂O₂與糠醇（FFA）光氧化作用下糠酸（FA）的反應。其中Cu₃-BT-COF的FA生成效率可達575 mM g^-1（轉化率約100%；選擇性超過99%），同時H₂O₂產率高達187000 μM g^-1，遠高于Cu₃-pT-COF、TFP-BT-COF及其單體。

通過DFT計算，作者研究了H₂O₂光合作用與FFA光氧化耦合的可能機理。利用微分電荷密度分析Cu₃-BT-COF結構的電荷分布，發現BT周圍的靜電電位值為正，表明該區域比Cu₃更容易獲得電子，親電性更強。

同時，作者還計算了FFA和O₂在Cu₃和BT單元可能吸附位點上對應的吸附能。FFA在Cu₃和BT上的吸附能分別為-5.92 eV和-5.66 eV，說明FFA比BT更容易吸附Cu₃，而O₂在Cu₃和BT上的吸附能分別為-3.59 eV和-5.2 eV，表明BT比FFA更容易吸附O₂。

此外，作者還計算出Cu₃-BT-COF的ORR和FOR途徑的自由能。一般而言，ORR生成H₂O₂的反應包括三個基本反應（O₂ → *O₂ → *HOOH → HOOH，*代表催化位點），其中最后一步（*HOOH → HOOH）為定速步驟（RDS），其能壘為-1.2 eV。

其中，*O₂和*HOOH形成所對應的自由能分別為-0.29 eV和-1.38 eV。*O₂生成*HOOH對應兩個加氫步驟，其中H來自FFA脫氫。結果表明，FFA脫氫步驟作為FFA光氧化的RDS步驟與H₂O₂光合作用中O₂的逐步加氫密切相關。

Regulation of Redox Molecular Junctions in Covalent Organic Frameworks for H₂O₂ Photosynthesis Coupled with Biomass Valorizations. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202303606.

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