질소 헤테로고리 COF 기반 H2O2 광합성 및 수처리

질소 헤테로고리 공유결합 유기 골격체(COF)는 독특한 광학 및 전기적 특성으로 인해 과산화수소(H2O2) 생산에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 본 연구에서는 질소 원자 구성이 다른 네 가지 광촉매를 설계하여 전자 및 에너지 밴드 구조를 조절했습니다. 이를 통해 H2O2 생산 효율을 최적화하고자 했습니다. 설계된 광촉매 중 피리미딘 기반 COF는 희생제나 산소 공급 없이 순수한 물에서 17014 μmol g−1 h−1의 높은 H2O2 생산 속도와 1.84%의 태양광-화학 에너지 전환 효율을 달성했습니다. 이론적 계산과 실험 연구를 통해 이 COF가 우수한 광전기화학적 특성, 산소 환원 반응 활성, 그리고 가장 낮은 반응 전위 장벽을 가짐을 확인했습니다. 이는 2전자 산소 환원 반응과 4전자 물 산화 반응을 통한 이중 채널 H2O2 생산을 가능하게 합니다. 광촉매 시스템의 응용 잠재력을 탐색하기 위해 20 × 20 cm 패널 반응기를 자연광 아래에서 작동시킨 결과, 항생제 분해 및 장기적인 수질 소독을 위한 H2O2를 지속적으로 생성했습니다. 본 연구는 고효율의 H2O2 합성 및 환경 정화 잠재력을 가진 선진 광촉매 시스템을 제시합니다. 특히, 질소 원자 구성이 다른 COF 촉매들을 활용하여 광촉매 H2O2 생산 및 현장 수처리를 성공적으로 시연했으며, TpPm COF가 순수한 물에서 산소 공급 없이 17014 μmol g−1 h−1의 H2O2 생산 속도를 보였습니다.