南方科技大学徐强团队JACS：酶点击后合成修饰COF增强光催化产H2O2- 大数跨境

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南方科技大学徐强团队JACS：酶点击后合成修饰COF增强光催化产H2O2

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2025-09-15

导读：南方科技大学徐强团队JACS：酶点击后合成修饰COF增强光催化产H2O2

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文章信息

酶点击后合成修饰COF增强光催化产H₂O₂

第一作者：左权，初秉宪

通讯作者：徐强

单位：南方科技大学

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研究背景

共价有机框架（COF）的后合成修饰（PSM）是调控其结构与功能的重要策略。然而，当前大多数的后合成修饰反应通常在苛刻的反应条件下进行，并常使用有毒有害试剂或含金属催化剂，这引起了对框架结构被破坏、金属残留物污染以及有毒试剂使用带来环境风险的担忧。因此，开发绿色温和可持续的COF后合成修饰策略，对推动COF材料的功能化和实际应用具有重要意义。

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文章简介

近日，南方科技大学化学系徐强团队，在COF的后合成修饰及功能化研究中取得进展。研究团队创新性地将酶促点击反应运用到COF的后合成修饰之中，在温和的水相环境条件下，成功将2-羟乙硫基（-S-EtOH）和乙硫基（-S-Et）以高接枝效率引入COF孔道中，凸显了该策略的温和性、高效性与环境友好性。理论计算与原位实验表明，-S-EtOH的引入促进了COF光催化剂的激子解离和电荷分离效率，并强化了光催化反应过程中的质子供给，从而显著提升了其光催化过氧化氢（H₂O₂）合成性能。本研究搭建了酶催化有机反应与网状材料化学之间的桥梁，拓展了COF后合成修饰的途径和研究边界。相关成果以“Enzyme-Click Postsynthetic Modification of Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic H₂O₂Production”为题，发表于Journal of the American Chemical Society期刊。

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本文要点

要点一：实现酶催化点击化学对COF的后合成修饰

利用辣根过氧化物酶（HRP）在温和水相条件下高效引入-S-EtOH和-S-Et基团，避免了传统方法中有毒试剂、金属残留和苛刻反应条件的问题。

要点二：显著提升光催化H₂O₂生成性能

-S-EtOH修饰的COF（ACOF-S-EtOH）在无牺牲剂和金属助催化剂条件下，H₂O₂产率高达5440 μmol g^-1 h^-1，表观量子效率达13.3%（420 nm），较未修饰COF提升27.9倍。

要点三：多重协同机制增强光催化效率

-S-EtOH的引入不仅降低激子结合能至34.8 meV，促进电荷分离，还增强质子供应并降低氧还原反应（ORR）的吉布斯自由能变，实现高效的两电子氧还原路径。

图1: (a) 通过酶点击反应将-S-EtOH和-S-Et基团引入COF的示意图；(b) ACOF、ACOF-S-Et和ACOF-S-EtOH的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)；(c) 上述三种材料的N2吸附-脱附等温线；(d) 上述三种材料的粉末X射线衍射(PXRD)图谱；(e) ACOF-S-EtOH的扫描电子显微镜(SEM)图像；(f) ACOF-S-EtOH的高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)图像；(g) ACOF-S-EtOH中C、N、O和S元素的分布映射图。

图2: (a) 使用DMPO捕获自由基的电子顺磁共振(EPR)谱图；(b) HRP催化点击反应的自由能图（DFT计算）。

图3：(a) 光催化H₂O₂产量随时间变化曲线；(b) 光催化H₂O₂生成速率对比；(c) ACOF-S-EtOH在不同波长下的表观量子产率(AQY)；(d) 连续流光催化反应器装置示意图；(e) 流动反应器中H₂O₂的流出浓度和累积产量。

图4：(a) 催化剂的能带结构图；(b) 光电流响应；(c) 瞬态荧光光谱；(d) 表面静电势 (ESP) 图和偶极矩值；(e) ACOF, (f) ACOF-S-Et, (g) ACOF-S-EtOH的变温荧光光谱。

图5: (a) 光照下的原位EPR谱图；(b) 原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)；(c) O2在ACOF-S-EtOH不同位点上的吸附能；(d) 氧还原反应的吉布斯自由能图(pH = 7.0)；(e) 不同位点上的水吸附能；(f) 水氧化反应(WOR)的吉布斯自由能图 (pH = 7.0)；(g) 光催化反应机理示意图。

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文章链接

“Enzyme-Click Postsynthetic Modification of Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic H₂O₂Production”

https://doi.org/10.1021/jacs.5c09922

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课题组招聘

（一）南方科技大学化学系徐强教授高薪招聘【催化理论计算】等方向博士后

1. 导师介绍

徐强，南方科技大学讲席教授、日本工程院院士、印度国家科学院院士、欧洲科学院院士、国家特聘专家。先后任日本国立产业技术总合研究所（AIST）首席研究员，AIST-京都大学能源化学材料开放创新实验室主任，神户大学兼职教授，京都大学兼职教授，2020年加盟南方科技大学。主要从事化学相关的纳米多孔材料及其催化与能源应用研究，发表论文570余篇，被引用76000余次，H因子145（Web of Science）。2024年获日本配位化学会奖，2014-2023年连续10年入选汤姆森路透-科睿唯安高被引科学家，2022/2025年入选Research.com化学家Top 100，2019年获洪堡研究奖及市村奖地球环境学术奖，2012年获汤姆森路透社前沿科学奖。担任多个杂志的编辑或编委，如EnergyChem创刊主编，Coordination Chemistry Reviews副主编，Chem，Matter，Advanced Energy Materials等顾问委员，中国能源学会专家委员会副主任。个人简介链接：https://faculty.sustech.edu.cn/xuq/

2. 岗位职责

参与纳米材料合成、表征及能源与催化应用，或相关理论计算研究，发表高水平学术论文；
协助项目申报与研究生指导。

3. 岗位要求

已获或即将获化学、材料、催化或理论计算等相关专业博士学位；
具有良好的英语写作与交流能力，以第一作者发表过高水平期刊论文2篇及以上；
具备独立科研能力、责任心和团队合作精神。

4. 薪资福利

博士后聘用期为两年，年薪约为33.5万元（含广东省、深圳市博士后补助），特别优秀者可申请“校长卓越博士后”（组内之前多人已获得），年薪可达50万元；
享受养老保险、住房公积金等福利，提供2.5万元学术交流经费；
支持申请中国博士后科学基金、国家自然科学基金等项目；
协助申请“广东省海外青年博士后引进项目”（最高60万元生活补贴），出站留粤工作可申请40万元住房补贴（以最新的人才政策为准）；
出站留深工作可申请深圳市博士后留深生活补助36万元（以最新的人才政策为准）。

5. 联系方式

请将以下材料发送至：xuq@sustech.edu.cn（徐老师）

邮件主题格式：博士后应聘+姓名+毕业院校；
附件：详细个人简历（含教育背景、工作经历、科研成果等）；
邮件正文请简要自我介绍。

（二）南方科技大学海洋高等研究院/深圳海洋大学（筹）招聘【催化理论计算】方向助理教授/副教授

南方科技大学海洋高等研究院/深圳海洋大学（筹）现面向全球公开招聘催化相关理论计算方向的优秀人才，诚邀有志于在能源与催化领域开展前沿探索的学者加入。

南方科技大学海洋高等研究院（简称“海高院”）是校级实体科研机构，致力于整合学校海洋学科资源，开展有组织科研，承担重大战略任务，提升科技创新与高端人才培养能力，助力世界一流学科和新型研究型大学建设。海高院同时牵头推进深圳海洋大学、深海科考中心及海洋博物馆“三位一体”建设，服务深圳市“20+8”产业集群发展，助力深圳建设全球海洋中心城市。

深圳海洋大学（筹）是依托南方科技大学筹建的新型研究型大学，位于大鹏新区坝光片区，主校园已于2023年7月开工建设，预计2026年全面竣工。

1. 招聘岗位

助理教授/副教授

2. 拟入职单位

南方科技大学海洋高等研究院/深圳海洋大学（筹）

3. 待遇与发展支持