河北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院蘭興旺副教授課題組在COF光催化CO₂轉(zhuǎn)化領(lǐng)域再次取得重要進(jìn)展，相關(guān)工作“Charge-mediated Cu^δ+sites in dimension-controlled covalent organic frameworks enable base-free continuous photothermal CO₂cyclization”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《National Science Review》（2025, nwaf350, IF=17.1）。蘭興旺副教授與博士生張義澤為論文共同第一作者，蘭興旺副教授與天津理工大學(xué)白國(guó)義教授以及張志明教授為共同通訊作者。

共價(jià)有機(jī)框架（covalent organic frameworks, COFs）是一類(lèi)具有明確晶態(tài)結(jié)構(gòu)的多孔有機(jī)聚合物，其內(nèi)部具備尺寸均勻、排列有序的孔道系統(tǒng)，在氣體存儲(chǔ)與分離、催化以及光電材料等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，由于其高度共軛的骨架結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的光響應(yīng)特性，COF材料在光催化研究中受到廣泛關(guān)注。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)其光催化性能具有決定性影響，然而，催化活性位點(diǎn)處存在的維度依賴(lài)性電荷極化行為與其催化性能之間的構(gòu)效關(guān)系，目前仍未得到深入揭示。基于此，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精準(zhǔn)構(gòu)建具有不同維度特征（二維與一維）的菲啰啉基COF材料，提出了一種基于維度工程的微環(huán)境調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)銅活性中心局部電子與空間結(jié)構(gòu)的定向優(yōu)化。綜合系統(tǒng)表征與理論計(jì)算結(jié)果表明：二維COF因其分子骨架的柔性與高度有序的介孔通道，不僅促進(jìn)了光生載流子的非輻射躍遷，還顯著提升了反應(yīng)物的傳質(zhì)效率；同時(shí)，其層狀堆疊結(jié)構(gòu)通過(guò)光熱協(xié)同效應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)控Cu^δ+（1≤δ≤2）的電子態(tài)，從而協(xié)同增強(qiáng)底物的吸附與活化過(guò)程。在可見(jiàn)光照射及無(wú)堿條件下，該二維銅基COF在催化炔丙胺與CO₂的羧化環(huán)化反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了接近99.9%的產(chǎn)物收率?；谄鋬?yōu)異催化性能，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了連續(xù)流光催化反應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)良穩(wěn)定性并成功合成出2.143克藥物級(jí)2-噁唑烷酮產(chǎn)品，純度超過(guò)95%。本研究不僅揭示了維度工程在調(diào)控催化微環(huán)境中的關(guān)鍵機(jī)制，也為設(shè)計(jì)連續(xù)高性能CO₂催化轉(zhuǎn)化提供了新思路。

今年以來(lái)蘭興旺副教授等在COF光催化研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了一系列重要成果，相關(guān)工作分別發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域著名期刊Chemical Science（2025, 16, 13893–13904，IF=7.4；2025, DOI: 10.1039/d5sc04639d）。以上工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、河北省教育廳青年拔尖人才項(xiàng)目、河北省自然科學(xué)基金，河北大學(xué)生命科學(xué)與綠色發(fā)展研究院等項(xiàng)目的大力支持。

文章鏈接：

[1]https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf350

[2]https://doi.org/10.1039/D5SC02835C

[3]https://doi.org/10.1039/D5SC04639D

(化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院供稿)