近日，我院化学学科尹双凤教授、王立志副教授课题组在共价有机框架（COFs）多维能带精准调控领域取得重要突破，相关研究成果以“Multidimensional Band-Structure Engineering in Chalcogen-Substituted Covalent Organic Frameworks Through Electrophilicity, Lattice Strain, and Defect Regulation”为题，发表在化学领域国际权威期刊《Journal of the American Chemical Society》（中科院1区Top，最新影响因子为16.6）。我校2022级硕士研究生刘俊龙为论文第一作者，尹双凤教授、王立志副教授及湖南农业大学王佳佳博士为共同通讯作者。
针对传统半导体材料难以同步调控多项能带参数、易产生结构缺陷等瓶颈难题，团队采用噻吩/呋喃二元醛混合链接策略，精准构筑拓扑结构不变、S/O杂原子组分连续可调的二维TAPE-COFs与一维TAPP-COFs两类等晶型材料。结合光谱测试与DFT理论计算，研究完整阐明杂原子电负性、晶格应变、本征缺陷三重协同能带调控机制，并通过一维、二维骨架对比区分维度差异化调控规律：晶格应变仅在二维限域骨架中主导带隙收窄，而功函数、费米能级调控不受拓扑维度限制。团队将二维可调能带COFs应用于农林生物质平台分子5-羟甲基糠醛（HMF）可见光催化氧化，催化活性呈火山型变化，S/O比例1:1的样品性能最优，HMF转化率达97%，高值产物FDCA产率91%，循环稳定性优异。机理表明，骨架内S/O单元构筑的分子内给体-受体（D-A）通道可有效抑制光生载流子复合，协同可调能级调控活性氧物种生成，实现高效生物质高值转化。
▲COFs能带工程策略及其HMF光催化氧化示意图
该研究建立了氧族杂原子取代协同应变、缺陷调控的通用能带工程策略，为光催化、有机光电材料精准设计提供新思路。研究工作获国家自然科学基金、湖南省教育厅科研项目、学校人才引进启动基金资助，有力支撑我校化学、林产化工学科高质量发展。
（一审/程钰莹 二审/邹敏 三审/吴海刚）