过氧化氢（H₂O₂）是一种重要的化工原料，在工业、医疗、化学合成等领域被广泛应用。与目前已有的多种H₂O₂生产方法，如过硫酸盐电解、醇氧化和电化学合成相比，光催化利用具有合适带隙和活性位点的半导体，在可见光驱动下发生氧化还原反应，是较有应用前景的绿色H₂O₂生产方法之一，这一方法的关键是开发高性能的催化材料。共价有机框架 (COFs) 是一类内部结构高度有序、骨架可预设计、性质可调的多孔聚合物半导体材料，这些特点赋予了其成为高性能光催化剂的潜力。

中国科学院上海有机化学研究所赵新课题组长期致力于COFs的合成及其应用研究，发展了一系列新结构的COFs，并开展了相关性质、功能与应用的研究。鉴于偶氮聚合物表现出良好的共轭程度和光物理性质，在光催化方面具有很大的应用前景，在该课题组前期所发展的-N=N-键连COFs合成方法的基础上(Nat. Commun. 2022,13,2180.)，他们最近与合作者进一步制备了新结构的偶氮COF (COF-TPT-Azo)，通过与亚胺COF (COF-TPT-TPA) 的对比研究，发现尽管在骨架中只有一个原子种类的不同 (-C=N- vs. -N=N-)，COF-TPT-Azo表现出更宽的光吸收范围、更窄的带隙、更强的电荷分离和迁移能力 (Angew. Chem. Int. Ed. 2024,e202409250)。

将上述两种COFs用于光催化合成H₂O₂，研究发现，在氧气饱和的碱性水溶液 (pH = 11) 中，无需额外添加牺牲剂，可见光照射下COF-TPT-Azo光催化生成H₂O₂的速率为1498 μmol g^-1 h^-1，是相同条件下COF-TPT-TPA的7.9倍。上述研究表明，偶氮COFs作为一类新型的晶态多孔高分子和有机半导体材料，在光催化方面具有很大的应用潜力。

该研究得到中国科学院先导项目、国家自然科学基金委和材料复合新技术国家重点实验室的资助。

图1 (a) COF-TPT-Azo的合成及其光催化合成H₂O₂的示意图；(b) 不同连接键的性质对比示意图。