近日，我院硕士研究生夏广路在化工领域顶级期刊《AIChE Journal》（美国化学工程师协会会刊）上发表了题为“Electron-deficient covalent organic frameworks anchored on melamine sponges for visible-light-driven H2O2 evolution”的研究文章(https://doi.org/10.1002/aic.18192)。南京林业大学为唯一完成单位，姚建峰教授和青年教师邱健豪为通讯作者。
过氧化氢（H2O2）作为一种环保型氧化剂，具有氧化性强、操作安全性高、副产物单一（水）等优点，因此被广泛用于化工生产、污水治理及其它工业生产过程。目前，工业上主要通过蒽醌氧化法来生产H2O2，该生产过程需要在高温高压的条件下进行且同时会产生大量的污染物，不符合绿色化学理念。因此，需要开发一种低能耗、绿色且可持续的方式来生产H2O2。近年来，光催化O2还原合成H2O2被认为是一种极具潜力的小规模制备H2O2策略，而光催化材料的设计是提高H2O2产率的关键。通过共价键连接而成的共价有机骨架材料（COFs）由于其较高的比表面积、易于调控的分子结构及较强的可见光吸收能力，作为光催化材料吸引了大量的关注。另外，在COFs结构中构建供-受体单元将会为电子传输提供既定通道，由此大大促进了光生电子和空穴的分离和传输，最终提高其光催化活性。
图1 TpTt-COF、TAPT-COF、TpPa-1及g-C3N4光催化产H2O2（a），TpTt-COF产H2O2性能与文献对比（b），TpTt-COF、TAPT-COF、TpPa-1的分子结构（c），TpTt-COF在不同气氛下产H2O2（d），TpTt-COF在不同光照波长下的表观量子效率及其光吸收图（e），TpTt-COF在模拟太阳光下产H2O2及其太阳能转化效率（f），TpTt-COF在不同水体环境下产H2O2（g）
该论文制备并研究了三种通过β-酮烯胺键连接的COFs（TpTt-COF、TAPT-COF及TpPa-1）在可见光、纯水和环境空气下光催化H2O2合成中的表现（图1）。结果表明，含有三嗪缺电子结构的TpTt-COF具有最高的光催化产H2O2性能（2647 μmol·L-1），归因于其结构中明确的供-受体结构、较短的电子传输距离及较窄的带隙。TpTt-COF在纯水及环境空气下产H2O2的太阳能转化效率能够达到0.076%，接近自然界植物光合作用对太阳能的平均利用效率（0.1%）。为了增强粉体光催化材料的实用性，考虑到三聚氰胺海绵（MS）表面的氨基能够参与TpTt-COF制备过程中β-酮烯胺连接键的形成，该工作将TpTt-COF稳定且均匀地锚定在MS上形成TpTt-COF/MS，该材料依然具备较好的光催化产H2O2性能。
