作者:陈毅征 时间:2026-10-26
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陈毅征副教授课题组在双氧水绿色高效制备方面取得了重要进展,相关研究成果发表在材料领域高水平国际TOP期刊《Advanced Functional Materials》(中科院一区,IF=19.9)上。老澳门开奖结果
陈毅征副教授、中南民族大学张泽会教授和湘潭大学宋亭副教授为共同通讯作者,湖南工程学院为论文的第一单位。该工作依托环境催化与废弃物再生化湖南省重点实验展开,研究工作得到湖南省科技厅柔性引才等项目的支持。
过氧化氢是精细化学品合成、环境治理和清洁制造中广泛应用的绿色氧化剂,其可持续制备对化工过程绿色转型具有重要意义。目前,全球超过95%的过氧化氢通过蒽醌法生产,但该工艺依赖多步反应、有机溶剂和贵金属催化剂,存在能耗与废物排放问题。利用太阳能驱动水和氧气直接合成过氧化氢,为发展更简洁、可持续的生产路径提供了可能。然而,现有光催化剂往往难以同时实现高效的可见光利用、光生电荷分离和两电子氧还原,制约了过氧化氢的生成效率与选择性。进一步面向海水等实际水源时,复杂离子环境还会对催化剂的活性和稳定性提出更高要求。因此,如何通过结构设计协同调控电荷行为、氧还原微环境与催化剂—水界面,是实现过氧化氢高效、稳定光合成的关键问题。
针对上述问题,本研究采用亚化学计量[4+3]聚合策略,构筑了引入丙烯腈和苯并噁二唑基团的共价有机框架,并通过非等计量聚合在节点处保留未反应醛基。实验表征与理论计算表明,该结构从多个层面促进了光催化反应:苯并噁二唑基团周围的局域电子富集,为氧气的质子耦合还原提供了有利微环境;丙烯腈功能化调节了框架电子结构,促进光生电荷分离,使载流子寿命由1.50 ns延长至17.94 ns;增强的表面亲水性则有利于界面水富集,为质子耦合反应创造条件。这些作用共同促进氧气沿两电子还原路径转化为过氧化氢,揭示了框架电子结构调控与界面微环境优化之间的协同关系。
文章设计思路图
机理探究图
这一协同设计最终转化为可见光驱动的过氧化氢合成性能。在不添加牺牲剂的纯水体系中,TAQ-COF表现出优异的过氧化氢生成活性;转入海水体系后,仍可保持约93%的相对活性,并具有良好的循环使用性能和抗菌效果。上述结果表明,非等计量聚合不仅可用于调控COF的结构特征,也为在同一框架内协同优化电荷分离、氧还原反应环境和水相界面性质提供有效途径,为开发适用于复杂水环境的有机光催化剂提供设计思路。
(审核:唐欢 黄先威 徐粤宇)