無論是燃料價(jià)格上漲還是電網(wǎng)故障，全球能源危機(jī)的后果是難以忽視的。對(duì)替代燃料來源的需求比以往任何時(shí)候都大，但是，盡管太陽能電池板很受歡迎，可絕大多數(shù)的太陽能卻沒有得到開發(fā)。現(xiàn)在，一個(gè)多國研究小組探討了關(guān)于共價(jià)有機(jī)框架（COFs）的現(xiàn)有研究，這是一類新的光吸收化合物，是高效太陽能驅(qū)動(dòng)燃料生產(chǎn)的潛在解決方案。

光催化劑從光中吸收能量以使化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。最著名的光催化劑也許是葉綠素，植物中的綠色色素，幫助將陽光轉(zhuǎn)化為碳水化合物。雖然碳水化合物可能會(huì)逐漸失寵，但光催化正在獲得比以往更多的關(guān)注。在光催化過程中，光線落在光催化劑上，增加了其電子的能量，并使它們打破它們的鍵，在催化劑上自由移動(dòng)。這些"被激發(fā)"的電子然后與化學(xué)反應(yīng)的原料發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生所需的產(chǎn)品。替代能源研究領(lǐng)域的一個(gè)重中之重是利用光催化劑將太陽能轉(zhuǎn)化為燃料，這一過程被稱為"太陽能-燃料生產(chǎn)"。

科學(xué)家們強(qiáng)調(diào)了一類新材料將太陽光轉(zhuǎn)化為燃料的潛力

正如Pardeep Singh博士所解釋的："太陽能已經(jīng)被成功地用于發(fā)電，但我們還不能有效地用它制造液體燃料。這些太陽能燃料，像氫氣一樣，可以成為豐富的可持續(xù)、可儲(chǔ)存和可攜帶的能源供應(yīng)"。

COF的特長在于它們能夠改善催化作用，并在其結(jié)構(gòu)中加入被稱為"官能團(tuán)"的特殊取代物分子，為繞過現(xiàn)有光催化劑的限制提供了一種方法。這是由于COFs的某些有利特性，如化學(xué)穩(wěn)定性、可控制的孔隙率和強(qiáng)大的電子脫域性，這使它們變得格外穩(wěn)定。

正如其名稱所示，COFs由有機(jī)分子組成，這些分子被粘合在一起，形成一個(gè)可以定制的結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)各種應(yīng)用。此外，強(qiáng)電子脫域意味著，與半導(dǎo)體光催化劑不同，激發(fā)的電子只在中途不經(jīng)意地重新結(jié)合，從而產(chǎn)生更多的激發(fā)電子用于化學(xué)反應(yīng)。由于這些反應(yīng)發(fā)生在光催化劑的表面，COFs增加的表面積和可修改的孔隙率是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。COF-光催化劑在將水轉(zhuǎn)化為氫氣，以及從二氧化碳生產(chǎn)甲烷方面找到了應(yīng)用，因此有希望獲得生產(chǎn)燃料和緩解全球變暖的雙重好處。此外，它們甚至可以幫助固氮、生產(chǎn)塑料和儲(chǔ)存氣體。

一種新的COF，共價(jià)三嗪框架（CTFs），目前處于制氫研究的最前沿。與石墨光催化劑相比，CTFs的產(chǎn)氫能力是其20-50倍，使其成為未來燃料生產(chǎn)的一個(gè)非常有前途的選擇。

然而，我們必須注意到基于COF的光催化劑同樣還處于早期開發(fā)階段，仍然不能像基于半導(dǎo)體的同類產(chǎn)品那樣有效地生產(chǎn)燃料。盡管如此，它們出色的性能和結(jié)構(gòu)多樣性使它們成為未來太陽能轉(zhuǎn)化為燃料研究的有希望的候選者，并成為解決當(dāng)前能源危機(jī)的可行方案。"最基本的問題是探索穩(wěn)健的COFs衍生的催化劑，以達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用。可以預(yù)計(jì)，基于COF的光催化劑將在未來幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的里程碑，"Pankaj Raizada博士樂觀地總結(jié)道。