北大刘文&湖大王侯 Nat.Commun：集成界面设计策略：构建了一种可用于光化学分解污染物的催化剂

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前言回顾

新出现的微污染物（包括药品和干扰内分泌的化学品）引起的水危机对人类健康构成了巨大威胁，因为它们具有潜在的毒性、持久性和低生物降解性。为了实现碳中和的工业社会，通过利用可持续和清洁的太阳能光催化来满足日益增长的能源需求，吸引了人们的广泛兴趣，但该方法也存在着一定的挑战。由于基于金属的光催化剂向水中释放的金属离子可能会产生二次污染，因此，基于非金属网状材料的催化被视为可以加速废水净化的替代方法。然而，如何降低水处理能耗的同时，又实现对污染物的高效光化学分解是需要着重考虑的。到目前为止，从固液界面来看，能够达到同时调节电子结构和界面反应的策略还相当有限。

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文献简介

基于此，北京大学环境科学与工程学院的刘文和湖南大学环境科学与工程学院的王侯等人通过创建有序的π骨架、结合不同的孔径以及工程亲水或疏水通道来预先设计和制造不同的分子界面。这些协同突破吸附能垒，促进内表面更新，与BTT-DADP-COF和BTT-DAB-COF相比，BTT-DATP-COF对典型抗生素污染物（如左氧氟沙星）的去除率较高。实验和理论计算表明，这种功能基础工程使左氧氟沙星在BTT片段的界面上发生空穴驱动的氧化，伴随着电子介导的三联苯基序上的氧还原为活性自由基，从而促进空穴和电子的平衡提取。

图1. 具有扭转角和堆叠的基于BTT COFs的合成方法

图2. COFs性能与污染物降解性能的比较

图3. B3LYP/6-31G*水平下LEV Fukui指数的DFT计算

图4. COFs的实用性和载流子动力学

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文献总结

总之，该课题组合理地探索了一种集成界面设计策略，以构建一种用于光化学分解污染物的活性和坚固的催化剂。通过设计两个不同的界面来促进电子流动和污染物传输，从而设计了光催化剂：（1）对于π-电子界面，π骨架被设计为有效地扩展可见光红移，并构建有序的π骨架，以促进电子从触角到催化中心的无缝转移；（2） 对于传质界面，不同尺寸的纳米孔被设计为疏水性的，以突破污染物在催化剂上的吸附屏障，促进污染物分子向反应中心的传递，提高COFs的自净能力。BTT-DATP-COF具有最低的吸附能，并且与使用亲水网络或小通道获得的那些相比，可以在100分钟内降解到100%的LEV。同时，BTT-DATP-COF可以有效地光降解复杂水体基质中的LEV，即使在河水、湖水和地表水中也是如此。最后，他们考虑了这一系列COF在降解抗生素污染物中的普遍性，发现BTT-DATP-COF对金霉素（CTC）、四环素（TC）、环丙沙星（CIP）和诺氟沙星（NOR）的降解率均保持在85%以上。这项研究为基于有机多孔网络协同调节电子结构和界面反应提供了一条新途径，为水净化提供了一种节能和降低成本的方法。相关研究成果发表于国际知名期刊《Nature Communications》，题为“Twistedly hydrophobic basis with suitable aromatic metrics in covalent organic networks govern micropollutant decontamination”。

本文关键词：光催化剂；水净化；抗生素污染物；降解率；共价有机框架

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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