［本站讯］近日，化学与化工学院李培洲教授课题组通过精准调控光敏性共价有机框架PyNTB-COF的孔道微环境成功制备了磺酸基团均匀接枝的PyNTB-SO₃和PyNTB-2SO₃，并首次系统研究了传质动力学对光催化性能的影响。相关研究成果以“Remarkably Enhancing H₂O₂Photogeneration by Modulating Pore-Microenvironment of a Photoactive Covalent Organic Framework”为题发表于国际期刊Advanced Materials(IF = 26.8，中科院1区)。论文通讯作者为李培洲教授，新加坡科技研究局教授李旭、罗贤俊。第一作者为山东大学化学与化工学院博士后栾天翔。

图1. (a) 常见COF基光催化剂合成策略, (b)孔道微环境调控提升传质动力学策略增强光催化效率示意图

现有光催化研究主要聚焦于通过提升光电性能(如引入光敏基团、构建D-A结构、金属中心调控)来增强光催化效率，本研究通过1,3-丙烷磺酸内酯与孔道内咪唑基团的开环反应将亲水性磺酸基团(-SO₃H)接枝到光敏性PyNTB-COF孔道中，成功合成了两种磺化调控的COF材料PyNTB-SO₃和PyNTB-2SO₃用于研究传质动力学对光催化性能的影响(图1)。光催化实验表明，磺化调控后COFs的H₂O₂生成效率显著提高。在不使用牺牲剂的情况下，PyNTB-2SO₃的H₂O₂生成效率达到2764 μmol g⁻¹h⁻¹，是原始PyNTB-COF的21.8倍。当使用苯甲醇作为牺牲剂时，生成效率进一步提升至15158 μmol g⁻¹h⁻¹，是原始PyNTB-COF的20.6倍。

图2. 孔道微环境调控增强光催化用于水体灭菌示意图

系统表征和实验分析表明，磺酸调控基团的引入显著优化了反应物（如·O₂^-，H₂O和H⁺）与催化反应界面之间的相互作用，极大改善了反应物在光催化反应过程中的传质动力学。此外，引入的磺酸基团还可以优化材料的本征电荷分布，从而增强了光生电子-空穴分离并促进了电荷转移过程。鉴于其优异性能，PyNTB-2SO₃被进一步应用于实际水体中的抗菌实验。结果显示，细菌灭活效率在15分钟内即可超过99%(图2)。该研究表明，通过精准调控孔道表面微环境，协同优化传质效率与电荷转移作用，是设计合成高效光催化剂的有效策略。

李培洲课题组长期从事“功能多孔材料合成及应用”方面的相关工作，主要集中于新型晶态框架多孔材料的设计合成及其在催化、能源与环境以及医药领域的应用，注重新结构材料的合成以及构效关系方面的探索与应用研究。近年来，已在非均相光催化、质子传导、污染物吸附以及光动力治疗和生物纳米抗菌等领域取得重要进展，在光催化领域发表多篇研究性论文，如：(1)Adv. Mater.2025,37, e15517; (2)J. Am. Chem. Soc.2025,147, 12704; (3)Angew. Chem. Int. Ed.2025,64, e202504772; (4)Angew. Chem. Int. Ed.2025,64, e202425668; (5)Nat. Commun.2024,15, 1267等。

上述系列研究工作得到了山东省自然科学基金等资助。