我校科研团队发文提出光诱导原位结构重构提升COF产过氧化氢效率的新机制

近日，河海大学环境学院敖燕辉教授领衔的研究团队在《Nature Communications》上发表题为“In-situ formatting benzisoxazole-linked covalent organic framework for enhanced photocatalytic hydrogen peroxide generation”的研究论文。该研究提出一种光诱导原位结构重构策略，构建可高效光合成过氧化氢的苯并异恶唑连接的供体-受体共价有机框架，并深入揭示了其反应机理。

过氧化氢（H₂O₂）是绿色氧化剂与潜在液体能源载体，但传统蒽醌法存在安全与环境风险。光催化从纯水和空气中直接合成过氧化氢被视为理想的替代方法。唑（Azole）类共价有机框架（COF）由于其稳定性高、电子亲和性强，受到了广泛的关注，但其合成路线复杂且成本高。针对这一难题，本论文提出了一种光诱导原位重构策略，以简便地构筑唑类连接的共价有机框架，用于高效合成过氧化氢。

本研究结合光催化氧还原反应，将亚胺（Imine）连接的OH-COF原位部分转化为苯并异恶唑（Benzisoxazole）连接的OH-COF-E，从而构建具有给体-受体（D-A）结构的共价有机框架（图1）。这种方法巧妙地将光催化过程与传统合成化学结合，开创了一种在反应体系中动态构建和优化催化剂结构的新途径。

图1 苯并异恶唑连接的OH-COF-E的合成策略

实验结果表明，这种部分转化为苯并异恶唑连接的共价有机框架在纯水中实现了1986.9μmolg^-1h^-1的过氧化氢高产率（图2）。理论计算与光谱表征证实，由于供体-受体结构的形成，载流子分离与传输效率显著提升（图3）。此外，原位生成的苯并异恶唑单元同时充当电子受体和催化中心，促进双氧水还原为超氧自由基（·O₂-），进而转化为过氧化氢，最终提高产率（图2）。本研究不仅提出了一种原位合成苯并异恶唑连接共价有机框架的新合成路线，而且验证了原位构建供体受体结构以提高光催化生成过氧化氢性能的开创性方法。

图2光催化合成过氧化氢的机理探究

图3光生载流子性质研究

论文第一作者为河海大学环境学院博士后张璞和福州大学硕士生曾海华（共同第一作者），通讯作者为河海大学环境学院敖燕辉教授和南京信息工程大学徐晶晶副教授。论文合作者包括河海大学博士生张强、王沛芳教授、车慧楠副教授和唐春梅教授，福州大学龙金林教授，香港城市大学刘彬教授。本研究受国家自然科学基金项目（22402048）、国家重点研发计划（2022YFC3202402）等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70161-4