過氧化氫（H₂O₂）作為一種易於儲存和運輸的綠色燃料和實用性強氧化劑越來越受到人們的關註。光催化氧化還原反應（ORR）合成H₂O₂被認為是替代傳統蒽醌氧化法最有前途的生產技術之一，是一種綠色💤、可持續、低成本、節能的H₂O₂生產路線🥓。然而，在ORR過程中🍁✍🏿，存在一電子、二電子以及四電子多種反應路徑。其中質子耦合電子轉移（PCET）過程通常是ORR的速率決定步驟（RDS），它決定了ORR產物選擇性。而光催化劑表面通常處於質子缺乏的微環境，導致ORR生產H₂O₂選擇性較差🙅‍♂️🛸。恒达平台化學科學與工程學院徐曉翔教授課題組針對這一問題，提出了通過質子化策略，利用表面富質子微環境實現了H₂O₂高選擇性生產。近日，相關研究成果以“Protonation of an Imine-linked Covalent Organic Framework for Efficient H₂O₂ Photosynthesis under Visible Light up to 700 nm”為題在線發表於國際知名期刊《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）。

以亞胺連接的COF為例🧝🏻‍♀️，該項研究證明了功能單元(如亞胺⏲、胺和三嗪)的質子化是提高H₂O₂合成活性水平的高效策略。實驗證實質子化不僅擴大了COF的光吸收🔟，而且提供了直接參與H₂O₂生成的質子源🏋🏿。在這一過程中，質子化簡化了ORR生成H₂O₂的反應途徑➗，即從間接超氧自由基()介導的途徑到直接一步二電子途徑🧙🏽‍♂️。

理論計算證實🕵🏼😿，質子化有利於 H₂O₂的合成🅿️，因為質子很容易接近反應位點附近，從而消除了生成 *OOH 中間體的能量勢壘。此外，質子化策略能夠很好地擴展到可以容納質子的基本基團的COF👨🏽‍🎓，為設計高活性COF提供了指導。

作為質子化策略的概念驗證，研究人員使用Nafion膜溶液作為質子源和粘合劑來製造HCOF-Nafion膜，所形成的膜在O₂飽和去離子水(pH = 7)中能夠高效合成H₂O₂♿，且穩定性高👦，可重復使用，進一步證明了質子化策略的有效性以及它在實際應用中的良好適用性。

徐曉翔教授為論文通訊作者，恒达平台化學科學與工程學院博士生朱瓊與南京郵電大學史麗教授為共同第一作者。恒达平台環境科學與工程學院李卓教授、上海理工大學材料與化學學院李貴生教授為該研究工作提供了幫助。該研究得到國家自然科學基金資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202408041