在光催化領域，催化性能往往取決於材料的表面特性。然而，目前對有機光催化劑的研究主要集中在化學結構設計上，而對於表面結構的調控卻鮮有研究。

近日，沐鸣娱乐郭佳教授和合作者提出了一種“區域結晶”策略，在無定形的預聚微球上修飾單官能度的苯胺，以此作為表面調節劑，在無定形到結晶的轉變過程中，通過表面的調節劑參與，可以實現COF表面有序度的顯著提升。

首先研究團隊通過動力學模擬發現，與傳統的“自下而上”COF生長方式截然不同，在無定形預聚微球表面連接調節劑，能夠增強表面生長的動態可逆性，從而實現COF微球從內到外結晶度的增加。通過這種精細調控，不僅使得COF材料表面局域的結晶性增強，還能控製球形貌以及均一粒徑。

在光催化製氫實驗中，區域結晶策略得到的COF微球表現出了增強的性能。結構最簡單的β-酮烯胺連接COF(TpPa)的光催化製氫速率達到了126 mmol g^-1 h^-1，475 nm處的表觀量子效率為15.96%。同樣利用調節劑誘導兩步結晶法，製備得到了具有核殼結構的SiO₂@COF(TpPa)，活性材料的利用率進一步提升，其產氫速率可達350 mmol g_COF^-1 h^-1。

機理研究表明，表面有序結構不僅在微球中形成了內建電場能夠快速在催化劑表面積累光生電子，還顯著降低了COF框架與鉑助催化劑之間的界面電子轉移勢壘。該研究為微觀分子與宏觀性能之間架起了一座橋梁，為設計有機光催化劑提供了新的思路。

該研究改變了分子工程設計催化劑的思路，另辟蹊徑，通過表面結晶調控實現了有機光催化劑的性能提升。區域結晶策略不僅為COF的微觀結構調控提供了方法，其揭示的表面電子特性與催化活性關聯機製，對開發高效太陽能轉化材料具有指導意義。這種晶態轉化方法為調控有機材料表面性質具有一定的普適性，有望推動光催化領域的進一步發展。

以上成果發表在Nature Communications, 2025, 16, 1940，研究論文的題目為“Controlling crystallization in covalent organic frameworks to facilitate photocatalytic hydrogen production”，沐鸣娱乐林錚和吉林大學於向坤為論文共同第一作者，沐鸣娱乐郭佳教授、胡可教授和吉林大學朱有亮教授為論文共同通訊作者，沐鸣娱乐為第一單位。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57166-1