自1818年首次发现过氧化氢（H2O2）以来，它因其高活性氧含量、广泛的pH适应性和无毒副产物（仅为水和氧气）而备受世人瞩目，被视为最有价值的化学品之一，因此广泛应用于如漂白、消毒、污染物降解及化学有机合成等多个工业领域。然而，H2O2的大规模工业生产主要依赖于传统的蒽醌氧化工艺。但这一方法涉及多种复杂的反应步骤，能耗高，且易造成环境污染，这与绿色和可持续化学的原则相抵触。鉴于全球能源短缺和环境污染问题的严重性，开发高效且生态友好的H2O2生产方法以满足日益增长的需求是迫切且具有挑战性的。在多种已报道的策略中，光催化H2O2生产被认为是最有前途的方法。

理论上，光催化H2O2生产可通过两种主要途径实现：氧还原反应（ORR）和水氧化反应（WOR）。然而，2e−WOR途径（H2O/H2O2, +1.76 V）需要克服比2e−ORR途径（O2/H2O2, +0.68 V）更高的氧化还原电位，使得在单一光催化系统中实现同时ORR和WOR极其困难。为了解决WOR途径的挑战，研究者开发了一种使用牺牲剂氧化的替代方法。然而，对于涉及牺牲剂的光催化体系，有效反应路径往往变得单一化，降低H2O2的产率以及整个能量的利用效率。此外，高价值的牺牲剂（如醇类）在反应过程中容易转化为低价值的副产物（如醛或酸），而反应体系的低选择性则进一步导致产物复杂化。这不仅降低了经济效率，还增加了目标产品的提纯难度，并阻碍了对反应内在机制的研究。因此，选择合适的有机底物替代传统牺牲剂，通过高度选择性的氧化途径开发高效的联产系统，成为一种极具吸引力的策略。这种光催化系统不仅可以实现H2O2与高附加值有机化学品的同步生产，还能最大化太阳能的利用效率。然而，研究者们关于能够实现这种双重功能的COF基光催化联产系统的报道相对较少。

针对上述问题，方千荣教授课题组合成了一系列供受体共价有机框架(COFs)，命名为JUC-675至JUC-677，以探索它们在H2O2和N-苄烯丁胺(BBAD)协同生产中的光催化效率。其中，JUC-675表现优异，H2O2产率为22.8 mmol g−1h−1，表观量子产率为15.7%，光化学转化效率为1.09%，是目前报道的最有效的COFs基光催化剂。此外，此外，JUC-675在苄胺氧化偶联生产BBAD展现出同样优异的表现，实现了99.9%的高选择性和96%的高产率。基于上述优异的性能，开发出一系列光催化H2O2和其他有机增值化学品的联产系统（如生物质衍生的糠醇及N-杂环的脱氢反应）。值得注意的是，JUC-675继续展现出高光催化活性，进一步彰显了合成的D-A COFs在此类应用中的广泛适用性。这项工作代表着基于COFs的光催化剂的设计和高效双功能光催化平台的发展取得了重大进展，为提高太阳能利用和合成增值产品提供了新的见解和方法。相关研究成果以“hot paper”形式发表在Angew. Chem. Int. Ed.杂志（Angew. Chem. Int. Ed.2024, e202416240）。

高效光合成H2O2和增值有机化学品的光催化系统的示意图。