共价有机框架（COFs）是一类新兴的结晶性多孔材料，其结构具有高度可设计性，已经被用于开发各种电催化体系。COFs的拓扑结构对微观结构和电化学性能有着显著影响，发展新型维度的COFs并关联结构与性质之间的对应关系具有重要的研究意义。近日，我校界面科学与热力学研究团队在设计构筑一维COFs用于两电子氧还原反应取得新进展，相关研究成果以“One Dimensional Covalent Organic Frameworks for 2e- Oxygen Reduction Reaction”发表于《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202218742）。
目前报道的催化COFs大多呈现二维拓扑结构，层与层之间强烈的π-π堆积阻碍了催化中心活性的充分发挥。为了获得更多暴露的催化位点，最有效的策略之一是将二维COFs剥离成单层或多层纳米片，从而提高催化活性和选择性。但是，由于催化中心位于基底平面层，电解液难以接近，原子利用效率仍有待提高。与二维COFs平面相比，一维COFs具有更多的边缘位点和较低的基底位点密度，这有利于物质运输到框架的活性位点，提高催化效率。然而，由于缺少相应构筑单元的理性设计以及熵驱动的随机堆积，阻碍了一维网络COFs的设计合成，在电催化性能方面的研究也仍有待探索。本部分工作基于网状化学设计理念，采用非线性的二节点四苯乙烯配体为构筑单元，制备的一维COFs具有高的结晶度、大的比表面积和出色的化学稳定性。电催化测试实验说明，相比较于二维COF材料，更多暴露的催化位点使得一维COFs显示出更高的电化学活性表面积，从而催化ORR制H2O2选择性（85.8%）和TOF 值（0.051 s-1）均显著高于二维COF材料（72.9% 和 0.032 s-1）。此外，理论计算进一步说明了不同取代的结构单元会影响中间体OOH*的吸附，从而有效提升反应活性以及选择性。该项研究工作为低维电催化COFs铺平了发展道路，有望为电催化体系提供新的研究思路。
本文第一作者为我校化学与分子工程学院博士后安书浩和博士研究生商帅帅，通讯作者为胡军教授，共同通讯作者为上海高等研究院徐庆副研究员和上海光源姜政研究员，并得到了刘洪来教授的悉心指导。研究成果得到了国家自然科学基金和中国博士后科学基金等资金支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202218742