近日，我校资环学院刘勇弟教授、周亮副教授团队在环境领域顶级期刊Water Research上发表了题为“Tailoring COFs for highly selective generation of singlet oxygen to boost antibiotic removal: Spatial regulation of PMS and photogenerated carriers”的研究成果。该研究提出了一种基于“光生空穴直接氧化PMS”的非自由基途径，用于高选择性生成单线态氧的催化机制，该机制在类芬顿反应中展现出极高的污染物光降解效率，为高效水处理技术的发展提供了全新思路。
抗生素如左氧氟沙星（LVX）等在水体中的残留已成为全球性环境问题。基于过氧单硫酸盐（PMS）的高级氧化工艺虽能有效降解此类污染物，但传统自由基路径存在寿命短、易受水质干扰、氧化剂利用率低等局限。单线态氧（1O2）作为一种非自由基活性氧物种，具有环境适应性强、选择性高等优势，然而当前1O2的生成主要依赖超氧自由基的间接转化，不仅需要引入外源反应物，还伴随着能量损耗与副反应风险，导致反应效率较低。本研究首次在共价有机框架/过氧单硫酸盐（COF/PMS）体系中提出了“光生空穴直接氧化”机制。与传统的电子活化路径不同，该机制实现了催化剂结构单元的多功能集成：通过精确设计以三嗪环为核心的PI-COF催化剂，使其兼具光生空穴捕获中心与PMS特异性吸附位点的双重功能。三嗪环结构富集的光生空穴能够原位氧化吸附于其上的PMS分子，驱动其去质子化过程并直接生成SO₅⁻•。实验表明，该空穴主导的活化路径成功规避了传统路径中高能O-O键的直接断裂与自由基链式反应的介入，将反应路径精准导向SO₅⁻·自发生成1O2的非自由基途径，实现了高达99.5%的1O2生成选择性。为验证该技术的实际应用潜力，团队构建了以PI-COF为活性组分的连续流光反应器。在长达10小时的连续运行中，系统对LVX的降解率始终维持在90%以上，展现出优异的长期稳定性与抗干扰能力。理论计算与机理研究证实，该策略通过分子层面的精准调控，显著降低了界面反应能垒，实现了从“电子还原”到“空穴氧化”的路径转型，为复杂有机废水的高效处理提供了新的科学见解。
论文以华东理工大学为唯一通讯单位，资环学院博士生吴杨洁为第一作者，通讯作者为刘勇弟教授和周亮副教授，同时得到张金龙教授和雷菊英教授的悉心指导，研究工作得到国家自然科学基金项目的支持。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135426003350
