吉林大学的李莉娜课题组使用四苯乙烯（TPE）作为单体合成了一种新型多孔芳香烃骨架材料（PAF-TPE）。通过利用TPE的刚性平面共轭结构，我们有效地调整了所得PAF材料的孔结构和带结构。与使用联苯作为单体合成的PAF-45相比，PAF-TPE表现出更大的孔径和更低的价带位置，有助于增强电荷分离和活性氧（·OH和·O2⁻)，从而提高其光催化效率。实验结果表明，PAF-TPE 在2小时内实现了罗丹明 B 和氧氟沙星的完全降解。此外，它对难降解有机污染物四环素和苯酚的降解效率分别为84.4%和63.6%。这项工作强调了合理的单体设计在调整基于 PAF 的光催化剂的结构和电子特性方面的潜力，为环境修复应用中的先进材料铺平了道路。相关工作以“Enhanced Photocatalytic Performance of a Tetraphenylethylene-Based Porous Aromatic Framework: Rational Design for Environmental Remediation”为题发表在《ACS Macro Letter》上。文章第一作者为李志毅，文章通讯作者为李莉娜，文章通讯单位为吉林大学。
在现代社会快速工业化进程中，环境污染日益严重，其中有机污染物因化学性质稳定、难以自然降解，成了环境治理的棘手难题。光催化技术凭借低成本、高效率和环境友好性，成为极具潜力的解决方案。多孔有机框架（POFs）材料应运而生，其电子结构可调、孔隙率高、热化学稳定性强，可以用作光催化材料。特别是多孔芳香框架（PAFs），通过 Scholl 反应合成，具有高比表面积、低骨架密度和强 π 共轭等优势。但 PAFs 仍存在催化稳定性不足、效率有待提高等问题。近期研究发现，通过单体设计来调控孔道结构和能带结构的方法是调控POFs材料性能的一个重要的选择。本研究创新性地以四苯乙烯（TPE）为单体，经 Scholl 反应合成新型 PAF 材料 PAF - TPE。TPE 的刚性 π 共轭结构使其具有更大的孔径和优化的能带结构。与 PAF - 45 相比，PAF - TPE 在自然光下对多种污染物的降解效率大幅提升，展现了优异的光催化性能，凸显了单体设计对 PAFs 结构与电子性能调节的关键作用，为下一代环境修复光催化剂的研发开辟了新路径。
图1：（a）TPE、PAF-TPE和PAF-45的FTIR光谱；（b）PAF-TPE和PAF-45的聚合途径示意图；（c）PAF-TPE的SEM图像；（d）PAF-45的SEM图像。
图2：（a）PAF-TPE和PAF-45的氮气吸附/脱附等温线；（b）PAF-TPE和PAF-45的孔容孔径分布图；（c）PAF-TPE的孔径与比表面积图及其放大图；（d）PAF-45的孔径与比表面积图及其放大图。
图3：（a）罗丹明B、（b）氧氟沙星、（c）四环素和（d）苯酚的光催化降解曲线，以及（e）-（h）为相应的动力学拟合曲线；PAF-TPE对各种污染物的可能光催化降解途径和中间产物：（i）罗丹明B，（j）氧氟沙星，（k）四环素和（l）苯酚。
图4：（a）PAF-TPE和PAF-45的固体紫外光谱；（b）Tauc图；（c）UPS图；（d）能带结构图
图5：（a）PAF-TPE光催化降解罗丹明B的循环降解实验；光暗条件下活性氧的EPR光谱：（b）PAF-TPE产生的超氧自由基；（c）PAF-45产生的超氧自由基；（d）PAF-TPE产生的羟基自由基；和（e）PAF-45产生的羟基自由基；（f）在硝酸银、甲醇、异丙醇和氧气的存在下，PAF-TPE对罗丹明B进行光催化降解；（g）PAF-TPE的静电势图；（h）光催化降解机制的示意图。
本工作以TPE为单体的PAF-TPE的合理设计成功优化了材料的孔结构和电子性能，显著提高了光催化性能。与PAF-45相比，PAF-TPE表现出优异的电荷分离效率和更高的活性氧生成量，从而对一系列有机污染物具有显著的降解效率。光催化活性的显著提高突显了单体选择在为环境应用定制PAF基材料中的关键作用。这项研究为开发高效稳定的下一代多孔光催化剂提供了宝贵的见解，为解决环境污染和能源挑战提供了有前景的前景。
本文链接：
https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.5c00190
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