河北大学化学与材料科学学院兰兴旺副教授课题组在COF光催化CO2转化领域再次取得重要进展，相关工作“Charge-mediated Cuδ+sites in dimension-controlled covalent organic frameworks enable base-free continuous photothermal CO2cyclization”以河北大学为第一单位发表在国际顶级期刊《National Science Review》（2025, nwaf350, IF=17.1）。兰兴旺副教授与博士生张义泽为论文共同第一作者，兰兴旺副教授与天津理工大学白国义教授以及张志明教授为共同通讯作者。
共价有机框架（covalent organic frameworks, COFs）是一类具有明确晶态结构的多孔有机聚合物，其内部具备尺寸均匀、排列有序的孔道系统，在气体存储与分离、催化以及光电材料等领域展现出广泛的应用前景。近年来，由于其高度共轭的骨架结构和优异的光响应特性，COF材料在光催化研究中受到广泛关注。拓扑结构对其光催化性能具有决定性影响，然而，催化活性位点处存在的维度依赖性电荷极化行为与其催化性能之间的构效关系，目前仍未得到深入揭示。基于此，研究团队通过精准构建具有不同维度特征（二维与一维）的菲啰啉基COF材料，提出了一种基于维度工程的微环境调控策略，实现了对铜活性中心局部电子与空间结构的定向优化。综合系统表征与理论计算结果表明：二维COF因其分子骨架的柔性与高度有序的介孔通道，不仅促进了光生载流子的非辐射跃迁，还显著提升了反应物的传质效率；同时，其层状堆叠结构通过光热协同效应动态调控Cuδ+（1≤δ≤2）的电子态，从而协同增强底物的吸附与活化过程。在可见光照射及无碱条件下，该二维铜基COF在催化炔丙胺与CO2的羧化环化反应中实现了接近99.9%的产物收率。基于其优异催化性能，研究团队进一步开发了连续流光催化反应系统，该系统表现出优良稳定性并成功合成出2.143克药物级2-噁唑烷酮产品，纯度超过95%。本研究不仅揭示了维度工程在调控催化微环境中的关键机制，也为设计连续高性能CO2催化转化提供了新思路。
今年以来兰兴旺副教授等在COF光催化研究领域已经取得了一系列重要成果，相关工作分别发表在化学领域著名期刊Chemical Science（2025, 16, 13893–13904，IF=7.4；2025, DOI: 10.1039/d5sc04639d）。以上工作得到国家自然科学基金、河北省教育厅青年拔尖人才项目、河北省自然科学基金，河北大学生命科学与绿色发展研究院等项目的大力支持。
文章链接：
[1]https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf350
[2]https://doi.org/10.1039/D5SC02835C
[3]https://doi.org/10.1039/D5SC04639D
(化学与材料科学学院、科学与技术创新研究院供稿)
冀公网安备 13060602000986号