科学家们发现一类新材料可提供将太阳光转化为燃料的潜力

光催化剂从光中吸收能量以使化学反应发生。最著名的光催化剂也许是叶绿素，植物中的绿色色素，帮助将阳光转化为碳水化合物。虽然碳水化合物可能会逐渐失宠，但光催化正在获得比以往更多的关注。在光催化过程中，光线落在光催化剂上，增加了其电子的能量，并使它们打破它们的键，在催化剂上自由移动。这些"被激发"的电子然后与化学反应的原料发生反应，产生所需的产品。替代能源研究领域的一个重中之重是利用光催化剂将太阳能转化为燃料，这一过程被称为"太阳能-燃料生产"。

科学家们强调了一类新材料将太阳光转化为燃料的潜力

正如Pardeep Singh博士所解释的："太阳能已经被成功地用于发电，但我们还不能有效地用它制造液体燃料。这些太阳能燃料，像氢气一样，可以成为丰富的可持续、可储存和可携带的能源供应"。

COF的特长在于它们能够改善催化作用，并在其结构中加入被称为"官能团"的特殊取代物分子，为绕过现有光催化剂的限制提供了一种方法。这是由于COFs的某些有利特性，如化学稳定性、可控制的孔隙率和强大的电子脱域性，这使它们变得格外稳定。

正如其名称所示，COFs由有机分子组成，这些分子被粘合在一起，形成一个可以定制的结构，以适应各种应用。此外，强电子脱域意味着，与半导体光催化剂不同，激发的电子只在中途不经意地重新结合，从而产生更多的激发电子用于化学反应。由于这些反应发生在光催化剂的表面，COFs增加的表面积和可修改的孔隙率是一个巨大的优势。COF-光催化剂在将水转化为氢气，以及从二氧化碳生产甲烷方面找到了应用，因此有希望获得生产燃料和缓解全球变暖的双重好处。此外，它们甚至可以帮助固氮、生产塑料和储存气体。

一种新的COF，共价三嗪框架（CTFs），目前处于制氢研究的最前沿。与石墨光催化剂相比，CTFs的产氢能力是其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，我们必须注意到基于COF的光催化剂同样还处于早期开发阶段，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，它们出色的性能和结构多样性使它们成为未来太阳能转化为燃料研究的有希望的候选者，并成为解决当前能源危机的可行方案。"最基本的问题是探索稳健的COFs衍生的催化剂，以达到预期的应用。可以预计，基于COF的光催化剂将在未来几年内实现一个新的里程碑，"Pankaj Raizada博士乐观地总结道。