光催化生產過氧化氫（H2O2）過程中，主導催化效率的氧還原反應（ORR）所需的質子（H+）僅來自于水氧化反應（WOR），但WOR動力學卻遠弱于ORR。因此，如何加速WOR產生更多H+，以滿足ORR的動力學需求，是提升光催化產H2O2速率的關鍵。近日，顧培洋教授團隊和李忠玉教授團隊合作，提出了“質子海綿”這一概念（圖1），基于苝酰亞胺，制備了一種二甲氨基修飾的共軛微孔聚合物（CMPs）催化材料，在該領域取得重要進展：
二甲氨基可以促進水分解并從水中提取H+生成季銨鹽，繼而在光催化產H2O2的過程中為ORR提供必需的H+，就像海綿一樣可以吸取H+之后再擠出來供給ORR。該策略不僅有助于H+的傳質過程，還將未功能化修飾的CMPs在空氣中的產H2O2速率從0.06 mmol g-1 h-1提升至二甲氨基功能化后的1.65 mmol g-1 h-1。此外，還將二甲氨基修飾的CMPs用于光芬頓降解污染物。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)目標農藥類污染物2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）竟然可以作為空穴犧牲劑提高產H2O2速率，因此在光催化降解過程中額外加入Fe2+，使所產的H2O2原位與其發(fā)生芬頓反應產生?OH來加快降解速率。針對300 mg L-1的2,4-D，在光照40分鐘后即可降解98%，遠遠超過了目前已報道過的光催化材料。
圖1 苝酰亞胺類CMPs光催化材料的合成路線、“質子海綿”概念的提出及其相比已報道的工作的優(yōu)勢
相關工作以“Harmonizing proton sponge and proton reservoir in conjugated microporous polymers for enhanced photocatalytic hydrogen peroxide production”為題發(fā)表在國際知名期刊《Chemical Science》上（Chem. Sci., 2025, DOI：10.1039/D4SC06603K）。同時，感謝王丹鳳博士在本研究中提供的大力支持。
