中大新聞網訊（通訊員陳昱昀）單線態(tài)氧（1O2）因具有較長的壽命、較寬的pH適應范圍、較高的選擇性以及對陰陽離子和有機質的高抗性而被廣泛應用于水污染治理領域。此前已有報道過一硫酸鹽（PMS）可以被有機醌中的C=O基團活化并進一步生成1O2（2SO5·- → 1O2 + 2SO42-），但C=O基團在催化劑表面的分布通常是稀疏且隨機的，這種隨機性增加了自由基前驅體（SO5·-）在有效相互作用之前被湮滅的可能性，嚴重阻礙了1O2的高效生成。因此構建短距離的快速反應體系以提高1O2的產率仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。
基于上述問題，中山大學王俊慧副教授和歐陽鋼鋒教授團隊報道了一種全新的1O2的生成策略，通過具有層間協同作用的框架結構有效拉近SO5·-的反應距離，從而實現高達14.8 μM s?1的1O2產生速率。實驗和理論計算表明所合成的新型層狀共價有機框架光催化劑（DAQ-COF）具有豐富的活性位點（C=O基團），DAQ-COF中的C=O基團是活化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·-。隨后由于層間協同的相互作用，兩個SO5·-在距離較近的層間產生（小于0.34 nm），進而迅速結合產生1O2，這與報道的具有遠距離活性位點的催化劑有很大的不同。這種層間協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、化學合成、環(huán)境技術等各個領域提供新的思路。
相關成果以“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化學學院，第一作者為中山大學博士研究生陶源，通訊作者為歐陽鋼鋒教授、王俊慧副教授。該論文工作得到了國家自然科學基金、廣州市科技計劃項目、廣東省重點研發(fā)計劃、廣東省重點研發(fā)計劃、粵港水安全聯合實驗室和廣州市科技規(guī)劃項目的大力支持。
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2401175121#abstract
