过氧化氢(H₂O₂)是一种绿色氧化剂，是氢气的液体燃料替代品，在现代社会中得到了广泛的应用。目前工业规模上合成H₂O₂的方法主要是蒽醌法，但这种方法有诸多问题。以水和氧气为原料的光催化生产H₂O₂是一种可持续的、绿色的方法，但目前光催化生产H₂O₂的效率还不理想。因此，构建稳定高效的光催化剂制备H₂O₂具有重要的意义。

近日，东北师范大学的陶鑫教授、谭华桥教授和朱广山教授合作，以环辛四噻吩为研究对象，合理设计并合成了基于环辛四噻吩基的多孔芳香框架(COTh-PAFs)，以COTh-PAFs作为光催化剂，用于从水和氧气中高效光催化生成H₂O₂。

选择三苯胺、1,3,5-三苯基苯和2,4,6-三苯基三嗪三种具有不同给电子能力的单体，分别与环辛四噻吩基结合，构建了三种供-受体(D-A)型COTh-PAFs，命名为PAF-361、PAF-362和PAF-363。

PAF-363的HOMO和LUMO轨道分别主要集中在环辛四噻吩和三苯基三嗪片段上，其HOMO和LUMO轨道之间存在明显的分离。实验证明，PAF-363电荷分离和转移效率更好，并且展现出更低的激子结合能，这使得它具有更高的光催化效率，11733 µmol g^-1 h^-1(有牺牲剂)和3930 μ mol g^-1 h^-1(无牺牲剂)，显著高于大多数报道的多孔有机半导体。此外，PAF-363产生的H₂O₂溶液能够对亚甲基蓝高效降解。

理论计算表明，PAF-363的电荷转移位置和O2吸附位点都集中在环辛四噻吩片段上，有利于通过氧还原反应(ORR)生成H₂O₂。此外，激发态电荷转移的模拟进一步表明，PAF-363可以通过一步两电子ORR更有效地生成H₂O₂。

这项工作强调了通过调节D-A方向、电荷转移位置和O₂吸附位点来合理设计基于PAFs的光催化剂以高效生产H₂O₂。