过氧化氢 (H2O2) 是一种紧迫的绿色氧化剂和潜在的清洁燃料，被相似应用于环境保护、化学合成、医疗消毒和废水经管等限制。传统工业上盛大合成H2O2主要通过“蒽醌法”风流少妇，工艺进程繁琐且有机物环境浑浊严重。此外，氨（NH3）看成当代农业和工业的中枢原料，已被相似应用于化肥分娩、化工合成、工业制冷剂以及火药制造等限制，其世界年产量已迫害1.5亿吨。但是，现在工业合成氨的主要顺序仍然是传统的哈伯-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，不仅能耗广大，还导致了世界鸿沟内的高碳排放问题。在化工绿色转型发展的要紧需求布景下，以太阳能脱手光催化氧气规复响应（ORR）和氮气规复响应（NRR），在常温常压下径直合成H2O2和NH3的东谈主工光合成工夫，展现出显贵的上风。该工夫响应条目慈祥、操作便捷，大概完结绿色、可握续的化工分娩，并为太阳能的化学疗养与动力存储提供了一种高效路线。
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、可遐想孔谈结构、优异的化学融会性和独到的载流子传输特点，在光催化合成H2O2和NH3等响应中展现出广袤的应用前程。但是，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限制尚未迫害遵循瓶颈，难以完结高效的氧气和氮气规复响应。值得暄和的是，氢键收集工程为破解这一窘境提供了新的念念路。通过在COFs中引入氢键收集，可进一步增强质子周折和电荷分离遵循，促进响应物吸奖饰扩散，裁汰响应能垒，提高响应采用性，从而显贵普及光催化性能。
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集中沟通中心花建丽教训团队采选后功能化政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集，完结光催化绿色合成过氧化氢和氨方面获得紧迫进展，关联遵循诀别发表于海外巨擘期刊 Advanced Science 和 Applied Catalysis B-Environment and Energy。
沟通进展一：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政策，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多样采用性功能基团，是构建氢键收集的渴望平台。这一顺序不错在不破裂其母体结构规整性的前提下引入多样功能基团，使得这一政策愈加合适于拓展和增强COFs的功能性。极端是，氰基功能化的COFs在灵验增强光接收和光生电子传输方面发达了紧迫作用。但是，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能力升天了其在光催化合成过氧化氢中的举座效果风流少妇，从而妨碍了其实质应用。最近，花建丽教训与东华理工大学邱建丁教训、余峰涛副教训配合，提议了一种在COF中引入氢键收集以促进H2O2高效合成的新政策。通事后功能化修饰，愚弄羟胺化响应将COF 材料PTTN-CN中的氰基（CN）定向疗养为偕胺肟基（AO），奏效完结了从纯水和氧气中高效光催化全合成H2O2。模拟盘算和实践表征终结标明，AO基团上的羟基（-OH）和氨基（-NH2）不仅增强了材料的亲水性，还在水中构建氢键收集以融会吸附氧气分子，加快了质子的传输和电荷的分离与周折，并裁汰了氧规复响应旅途的能垒。收获于此，该材料在纯水条目下完结了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疗养遵循（SCC）达到了0.61%，逾越了当然植物（≈0.1%）以及大多数基于COF的光催化剂。此外，本责任系统地沟通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响应旅途，为完结高效光催化全合成H2O2提供了新的政策，具有紧迫的科学意旨和应用前程。该遵循以 “Amidoxime-Functionalized sp2-Carbon-ConjugatedCovalent Organic Frameworks for Overall Photocatalytic Hydrogen PeroxideProduction”为题，发表于Advanced Science。
图片评释：在COF中引入偕胺肟基构建氢键收集以促进光催化全合成H2O2的新政策
沟通进展二：氢键收集调控的DPPCOOH-COFs高效光催化固氮性能沟通
TS男娘具有丰富孔隙特点的COFs在光催化剖析水制氢、H2O2合成及CO2规复等动力疗养限制展现出广袤的应用前程。但是，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，难以完结高效的氮规复响应。近期沟通标明，通过定向构筑COFs孔谈内的氢键收集，可强化N2吸附与极化，有望提高COFs光催化固氮的遵循。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，构建了氢键收集传输通谈的DPPCOOH-COF材料。羧基的引入促进了孔内局部氢键收集的酿成，增强了N2在活性位点隔邻的富集，提高了对N2的吸附与活化能力，并裁汰了生成NH3的能垒，从而普及了光催化固氮性能。DPPCOOH-COF在无殉国剂条目下完结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。模拟盘算和实践终结标明，羧基的引入增强了电子传输，延伸了光生载流子寿命，并通过融会NNH中间体和促进质子周折，加快了NH3的生成。该沟通通过在COFs中引入羧基构建氢键收集，完结了高效光催化固氮合成氨，为成立绿色可握续的合成氨工夫提供了新念念路，同期拓展了COFs材料在光催化限制的应用后劲。该遵循以 “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。
图片评释：氢键收集调控的DPPCOOH-COFs光催化固氮性能极度机理探究
发表在Advanced Science期刊上的责任，华东理工大学硕士生余志武、东华理工大学余峰涛副教训为论文共同第一作家，华东理工大学花建丽教训、东华理工大学邱建丁教训和余峰涛副教训为论文共同通信作家；发表在Applied CatalysisB-Environment and Energy上的责任，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训、周敏博士后为论文共同通信作家。该沟通责任得到了田禾院士的用心请示。该责任还得到了国度当然科学基金、上海市科技要紧专项、耕种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集中沟通中心等资金的赈济。
频年来，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得了系列遵循，提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员物光催化剂新政策，愚弄氧化规复单位的可逆互变储存电子并进行传输，灵验地扼制了光催化过程中的电荷复合风流少妇，从而显贵普及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）。