无金属共价有机框架（COFs）作为一种潜在的氧还原反应（ORR）电催化剂，在新型环保电化学能量转换技术中备受关注。
然而，由于电子从电极到催化位点的传输效率低下，其催化活性受到限制。
基于此，2025年3月16日，中国科学院上海高等研究院徐庆等人在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Integrating Electronic-Storage Piperazine into Covalent Organic Frameworks for Promoting Oxygen Reduction Reaction》的研究论文。
为突破这一瓶颈，作者首次将氧化还原活性的哌嗪单元引入COFs中以催化ORR。氧化还原活性的哌嗪单元能够储存电子，从而加速电子向催化位点的转移。
此外，引入含-羟基（-OH）的构建单元诱导酮-烯醇互变异构（实现可逆的-OH/-C=O转换），使框架极性增强，偶极矩达到6.87德拜（相比于不含羟基的COFs增加了5.8倍）。
这种极性增强有助于中间体的结合，从而提高催化活性。
因此，经过优化的PD-COF-OH展现出0.76 V的高半波电位、0.045 s⁻¹的转化频率（TOF）以及9.4 mF cm⁻²的电化学活性表面积，超越了大多数已报道的无金属COFs。
理论计算进一步揭示了-OH和-C=O基团在稳定OOH和OH中间体中的协同作用，从而提高了催化活性。
这项工作通过合理整合电子储存单元和通过互变异构实现的极性调节，为催化COFs的设计建立了一种新的范式。
Integrating Electronic-Storage Piperazine into Covalent Organic Frameworks for Promoting Oxygen Reduction Reaction.Angew. Chem. Int. Ed.,2025.https://doi.org/10.1002/anie.202503434
