中大新聞網(wǎng)訊（通訊員陳昱昀）單線態(tài)氧（1O2）因具有較長(zhǎng)的壽命、較寬的pH適應(yīng)范圍、較高的選擇性以及對(duì)陰陽(yáng)離子和有機(jī)質(zhì)的高抗性而被廣泛應(yīng)用于水污染治理領(lǐng)域。此前已有報(bào)道過(guò)一硫酸鹽（PMS）可以被有機(jī)醌中的C=O基團(tuán)活化并進(jìn)一步生成1O2（2SO5·- → 1O2 + 2SO42-），但C=O基團(tuán)在催化劑表面的分布通常是稀疏且隨機(jī)的，這種隨機(jī)性增加了自由基前驅(qū)體（SO5·-）在有效相互作用之前被湮滅的可能性，嚴(yán)重阻礙了1O2的高效生成。因此構(gòu)建短距離的快速反應(yīng)體系以提高1O2的產(chǎn)率仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。
基于上述問(wèn)題，中山大學(xué)王俊慧副教授和歐陽(yáng)鋼鋒教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種全新的1O2的生成策略，通過(guò)具有層間協(xié)同作用的框架結(jié)構(gòu)有效拉近SO5·-的反應(yīng)距離，從而實(shí)現(xiàn)高達(dá)14.8 μM s?1的1O2產(chǎn)生速率。實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明所合成的新型層狀共價(jià)有機(jī)框架光催化劑（DAQ-COF）具有豐富的活性位點(diǎn)（C=O基團(tuán)），DAQ-COF中的C=O基團(tuán)是活化PMS的催化中心。激發(fā)態(tài)下空穴主要集中在C=O基團(tuán)上，而PMS作為電子給體向空穴提供電子，從而形成SO5·-。隨后由于層間協(xié)同的相互作用，兩個(gè)SO5·-在距離較近的層間產(chǎn)生（小于0.34 nm），進(jìn)而迅速結(jié)合產(chǎn)生1O2，這與報(bào)道的具有遠(yuǎn)距離活性位點(diǎn)的催化劑有很大的不同。這種層間協(xié)同的概念是提高超短壽命自由基利用效率的一種創(chuàng)新而有效的策略，可以為綠色能源、化學(xué)合成、環(huán)境技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域提供新的思路。
相關(guān)成果以“Interlayer Synergistic Reaction of Radical Precursors for Ultra-efficient 1O2 Generation via Quinone-based Covalent Organic Framework”為題發(fā)表于Proc. Natl. Acad. Sci. USA.期刊。論文第一單位為中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院，第一作者為中山大學(xué)博士研究生陶源，通訊作者為歐陽(yáng)鋼鋒教授、王俊慧副教授。該論文工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、粵港水安全聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和廣州市科技規(guī)劃項(xiàng)目的大力支持。
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2401175121#abstract
