过氧化氢 (H2O2) 是一种紧迫的绿色氧化剂和潜在的清洁燃料，被鄙俚应用于环境保护、化学合成、医疗消毒和废水贬责等界限。传统工业上多数合成H2O2主要通过“蒽醌法”，工艺进程繁琐且有机物环境胁制严重。此外，氨（NH3）当作当代农业和工业的中枢原料，已被鄙俚应用于化肥出产、化工合成、工业制冷剂以及火药制造等界限2022年AG百家乐假不假，其行家年产量已龙套1.5亿吨。关联词，当今工业合成氨的主要措施仍然是传统的哈伯-博施（Haber-Bosch）工艺。这一工艺依赖于高温高压条目以及化石燃料供氢，不仅能耗遍及，还导致了行家范围内的高碳排放问题。在化工绿色转型发展的要紧需求布景下，以太阳能启动光催化氧气规复反馈（ORR）和氮气规复反馈（NRR），在常温常压下顺利合成H2O2和NH3的东说念主工光合成工夫，展现出权贵的上风。该工夫反馈条目温情、操作方便，大概结束绿色、可抓续的化工出产，并为太阳能的化学转动与动力存储提供了一种高效道路。
共价有机框架（COFs）是一类新式无金属π-共轭有机半导体材料，因其高比名义积、可想象孔说念结构、优异的化学踏实性和特有的载流子传输特质，在光催化合成H2O2和NH3等反馈中展现出广大的应用出路。关联词，由于氧气和氮气分子中键的解离能高，纯有机COFs在光催化合成双氧水和固氮界限尚未龙套效用瓶颈，难以结束高效的氧气和氮气规复反馈。值得见原的是，氢键收罗工程为破解这一窘境提供了新的念念路。通过在COFs中引入氢键收罗，可进一步增强质子弯曲和电荷分离效用，促进反馈物吸奖饰扩散，裁汰反馈能垒，提高反馈遴选性，从而权贵提高光催化性能。
近日，华东理工大学化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家衔尾筹办中心花建丽教学团队给与后功能化计策或在通过单体侧链引入亲水性羧基在共价有机框架材料上构建氢键收罗，结束光催化绿色合成过氧化氢和氨方面获取紧迫进展，猜度后果隔离发表于海外巨擘期刊 Advanced Science 和 Applied Catalysis B-Environment and Energy。
筹办进展一：偕胺肟基功能化sp²碳COFs光催化绿色合成过氧化氢
通过共价有机框架的后功能化修饰计策，在具有可调孔隙率和大比名义积的COFs材料的周期性阵列中合理地引入各式遴选性功能基团，是构建氢键收罗的联想平台。这一措施不错在不龙套其母体结构规整性的前提下引入各式功能基团，使得这一计策愈加合适于拓展和增强COFs的功能性。相配是，氰基功能化的COFs在有用增强光摄取和光生电子传输方面发扬了紧迫作用。关联词，尽管氰基基团在这些COFs中有助于促进O2规复为H2O2，但其较差的亲水性和弱的氧气拿获才能戒指了其在光催化合成过氧化氢中的举座效果，从而妨碍了其骨子应用。最近，花建丽教学与东华理工大学邱建丁教学、余峰涛副教学配合，建议了一种在COF中引入氢键收罗以促进H2O2高效合成的新计策。通事后功能化修饰，专揽羟胺化反馈将COF 材料PTTN-CN中的氰基（CN）定向转动为偕胺肟基（AO），告成结束了从纯水和氧气中高效光催化全合成H2O2。模拟贪图和本质表征收尾标明，AO基团上的羟基（-OH）和氨基（-NH2）不仅增强了材料的亲水性，百家乐AG还在水中构建氢键收罗以踏实吸附氧气分子，加快了质子的传输和电荷的分离与弯曲，并裁汰了氧规复反馈旅途的能垒。收货于此，该材料在纯水条目下结束了6024 µmol h⁻¹ g⁻¹的H2O2生成速度，是传统氰基COF（1466 µmol h⁻¹ g⁻¹）的4.1倍。更为紧迫的是，PTTN-AO的太阳能到化学能的转动效用（SCC）达到了0.61%，进步了当然植物（≈0.1%）以及大多数基于COF的光催化剂。此外，本使命系统地筹办了基于氰基和偕胺肟基的COFs材料在光催化过程中的机制和反馈旅途，为结束高效光催化全合成H2O2提供了新的计策，具有紧迫的科学真义和应用出路。该后果以 “Amidoxime-Functionalized sp2-Carbon-ConjugatedCovalent Organic Frameworks for Overall Photocatalytic Hydrogen PeroxideProduction”为题，发表于Advanced Science。
图片诠释：在COF中引入偕胺肟基构建氢键收罗以促进光催化全合成H2O2的新计策
筹办进展二：氢键收罗调控的DPPCOOH-COFs高效光催化固氮性能筹办
具有丰富孔隙特质的COFs在光催化领悟水制氢、H2O2合成及CO2规复等动力转动界限展现出广大的应用出路。关联词，由于氮气分子中N≡N三键的超高解离能（945 kJ mol⁻¹）导致其在催化剂名义吸附强度弱，难以结束高效的氮规复反馈。近期筹办标明，通过定向构筑COFs孔说念内的氢键收罗，可强化N2吸附与极化，有望提高COFs光催化固氮的效用。最近，花建丽教讲课题组通过在含吡咯并吡咯二酮（DPP）发色团的COF中引入亲水性羧基，构建了氢键收罗传输通说念的DPPCOOH-COF材料。羧基的引入促进了孔内局部氢键收罗的酿成，增强了N2在活性位点隔邻的富集，提高了对N2的吸附与活化才能，并裁汰了生成NH3的能垒，从而提高了光催化固氮性能。DPPCOOH-COF在无阵一火剂条目下结束了光催化固氮全合成氨521.37 µmol g⁻¹ h⁻¹的生成速度，刷新了无金属COFs光催化固氮的纪录。模拟贪图和本质收尾标明，羧基的引入增强了电子传输，延伸了光生载流子寿命，并通过踏实NNH中间体和促进质子弯曲，加快了NH3的生成。该筹办通过在COFs中引入羧基构建氢键收罗，结束了高效光催化固氮合成氨，为建造绿色可抓续的合成氨工夫提供了新念念路，同期拓展了COFs材料在光催化界限的应用后劲。该后果以 “Spatial Confinement of NitrogenThrough Carboxyl-induced Hydrogen Bond Networks in Covalent Organic Frameworksfor Efficient Overall Ammonia Photosynthesis”为题，发表于Applied Catalysis B-Environment and Energy。
图片诠释：氢键收罗调控的DPPCOOH-COFs光催化固氮性能过火机理接洽
发表在Advanced Science期刊上的使命，华东理工大学硕士生余志武、东华理工大学余峰涛副教学为论文共同第一作家，华东理工大学花建丽教学、东华理工大学邱建丁教学和余峰涛副教学为论文共同通信作家；发表在Applied CatalysisB-Environment and Energy上的使命，华东理工大学硕士生张晓龙、博士生刘颖为论文共同第一作家，华东理工大学花建丽教学、周敏博士后为论文共同通信作家。该筹办使命得到了田禾院士的全心斥地。该使命还得到了国度当然科学基金、上海市科技要紧专项、拔擢部材料生物学与动态化学前沿科学中心、费林加诺贝尔奖科学家衔尾筹办中心等资金的支撑。
连年来，花建丽课题组在有机光催化剂绿色合成太阳能燃料方面获取了系列后果，建议具有氧化规复邻苯二酚单位的COFs和具有氧化规复吩嗪单位共轭多孔团聚物光催化剂新计策，专揽氧化规复单位的可逆互变储存电子并进行传输，有用地扼制了光催化过程中的电荷复合2022年AG百家乐假不假，从而权贵提高光催化合成双氧水性能（ACS Catal. 2024, 14, 7736−7745；Chem. Sci., 2024, 15, 11972；Chem. Eng. J., 2025, 506, 160024）。