过氧化氢（H₂O2）是一种清洁、无污染的化学能源，在水处理、能源技术、化学合成和造纸等方面具有广泛的应用。目前，用于H₂O₂生产的传统蒽醌氧化工艺存在高能耗和环境污染等问题，因此，氧还原反应（ORR）以其分布式小型化设备和绿色节能工艺的特点成为清洁H₂O₂可持续经济生产的一种有效手段。

共价有机框架（COFs）材料具有组分可调、孔道结构高度有序、比表面积大、易于功能化修饰等优点，为开发功能性材料提供了强大的平台。此外，它们在框架表面丰富的活性位点和明确的晶体孔隙率在多相催化中表现出巨大的前景。众所周知，多组分COFs在物理化学功能方面比双组分体系中具有突出的优势，成为一种有效的调控策略。但目前多组分的报道主要集中在同一维度，而对于具有2D和3D单元交错的多组分COFs的拓扑控制少有研究。因此，仍然缺乏多维度和多组分协效调控的方法来开发高效非金属COFs基电催化剂。

近日，青岛大学龙晓静教授开发了一种维度互穿的调节策略，用于多功能化COFs的可控合成。通过梯度维度调节，将平面的四苯基乙烯分子（TPM）引入三维TA-COF中，以及将三维的四苯基甲烷分子（TPE）引入二维ET-COF中，得到了两个多组分二维、三维骨架交错的结晶框架材料，形成的局部维度差异有利于氧中间吸附能力和电子态的调节，从而降低反应势垒，实现了优异的两电子氧还原电催化性能。

采用密度泛函理论（DFT）方法研究了不饱和TPE和饱和TPM单元的电荷转移行为和电子结构，有目的地探索了这两个单元的内在属性。不饱和TPE单元的正电荷沿对角线分布，而对于饱和TPM单元，正电荷以球形对称分布，不同的电荷分布可能会影响它们的催化活性和相应的反应动力学。将不饱和TPE节点引入到 3D框架中，受益于不饱和TPE分子的低二面体能垒，从而更容易在苯环之间旋转。这种增强的旋转自由度有助于保持结构灵活性，并提高活性位点的可及性，从而提高电催化反应的效率。

为了阐明多组分2D/3D骨架交错COFs催化性能的差异，我们将DFT理论计算与原位衰减全反射傅立叶变换红外光谱相结合，探索了实际的催化反应机理，验证了多组分2D/3D骨架交错COFs可以有效地调控吸附位点，促进O₂及其中间体的吸附/解吸过程。因此，具有2D/3D多维骨架的三组分体系更有利于催化反应活性。

进一步对模型化合物进行DFT计算，以确定所制备COFs中潜在的催化活性位点，电子定位函数计算结果表明，多组分2D/3D COFs骨架交错的COFs使电荷具有更强的局部电荷定域聚集性，促进了 ORR 催化反应。此外，通过福井函数进一步计算了亲电位点，以进一步明确此类分子结构的活性位点。通过火山图描述了2e⁻ ORR的催化活性，研究结果表明，多组分2D/3D框架交错的COFs (FI-COF) 其GOOH*值为4.73 eV，最接近活火山峰（4.22 eV），说明维度互穿共价有机框架拓扑调控可实现高效的电催化合成过氧化氢。

这项工作不仅扩展了COFs骨架的维度复杂性和结构多样性，而且为精确设计电化学功能性骨架用于产生H₂O₂和其他电催化过程提供了新的途径。