近日，华东理工大学化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心田禾院士团队花建丽教授在有机聚合物光催化硝酸盐还原制氨领域取得重要进展，相关成果发表于 《先进材料》期刊。
硝酸盐污染广泛存在于水体环境中，不仅带来严重的生态风险，也为资源化利用提供重要机遇。将硝酸盐高效转化为氨（NH3），有助于实现水体净化与绿色氮循环，因而受到广泛关注。然而，传统光催化体系普遍面临电荷分离效率低、电子传输路径受限以及副反应竞争等关键问题，限制了整体催化性能的进一步提升。因此，发展具有高效电荷调控能力的新型有机光催化材料，并探究其光生电荷调控与催化过程的内在机制，具有重要的科学价值。
在光催化硝酸盐还原过程中，光生电荷易发生复合以及多电子转移效率低是限制催化性能提升的关键因素。针对这一问题，花建丽教授团队将具有可逆氧化还原活性的曙红Y（EY）单元引入共轭聚合物骨架，构建了一系列EY基聚合物光催化剂。研究发现，EY单元能够在光照下形成长寿命自由基阴离子（EY·-），为硝酸盐还原提供持续电子来源；同时，催化剂与硝酸根之间形成的基态复合物可实现底物预组织并促进定向电子转移。上述两种过程协同构建静态猝灭与动态猝灭双路径电荷转移机制，有效促进光生电荷分离与利用。得益于这一机制，EY-BE光催化剂实现了高效硝酸盐光催化制氨，在无助催化剂条件下氨生成速率达到215μmol g-1h-1，选择性为93.6%，性能达到目前已报道纯有机聚合物光催化剂的领先水平之一。
紫外吸收光谱、荧光猝灭实验以及纳秒/飞秒瞬态吸收光谱表明，EY-BE与硝酸根之间同时存在静态猝灭和动态猝灭过程。其中，硝酸根与催化剂形成的基态复合物诱导静态猝灭，而光激发产生的长寿命阴离子自由基EY·-则驱动动态猝灭，两者协同促进光生电荷的分离与传输。电子顺磁共振（EPR）谱证实EY·-自由基的生成。原位漫反射傅里叶变换红外光谱（in situ DRIFTS）进一步表明，在光照条件下EY·-能够参与硝酸盐还原反应，实现硝酸盐向氨的逐步转化。上述实验结果揭示了静态猝灭与动态猝灭协同作用的双路径电荷转移机制，为高效光催化硝酸盐制氨提供了新的设计思路。
华东理工大学博士生张佳艺、陈鼎铭为论文共同第一作者，华东理工大学花建丽教授、周敏特聘副研究员以及同济大学胡可教授为论文共同通讯作者；该研究工作得到田禾院士的悉心指导，并获得国家自然科学基金委、上海市科技重大专项、教育部材料生物学与动态化学前沿科学中心、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心等项目资金的支持。
