近日，山東大學化學與化工學院李培洲教授課題組通過多組分反應設計構筑了一種獨特的具有“供體-受體-π-受體-供體”(D-A-π-A-D)結構特征的共價有機框架(COFs）材料，并可作為甲苯的有氧氧化和醛的酰胺化反應的高效光催化劑。相關研究成果以“Donor-Acceptor-π-Acceptor-Donor-Type Photosensitive Covalent Organic Framework for Effective Photocatalytic Aerobic Oxidation”為題發表在國際知名期刊Journal of the American Chemical Society(IF = 14.5，中科院1區)。論文的通訊作者為山東大學化學與化工學院教授李培洲和新加坡南洋理工大學教授趙彥利。山東大學化學與化工學院博士后欒天翔、山東大學訪問學者/山東理工大學教授邢令寶為共同第一作者。山東大學為第一作者和通訊作者單位。

圖1. (a) D-A、D-π-A和D-A-π-A-D結構示意圖，(b) PyNTB-COF構筑及其D-A-π-A-D結構特征

開發用于氧化反應的高效光催化劑在化學合成中意義重大但具有挑戰性。本研究通過將光敏性的三苯胺基結構單元(供體)與芘基結構單元(π共軛)通過原位形成的咪唑基團(受體)連接，構建了具有獨特D-A-π-A-D結構的二維晶態COF，PyNTB-COF。結構表征顯示其具有高結晶性、多孔性以及優異的熱穩定性和化學穩定性。光電性能研究表明，PyNTB-COF具有窄帶隙(2.04 eV)、寬可見光吸收范圍及高效電荷分離能力，并且其D-A-π-A-D結構通過增強電子離域顯著降低了電子-空穴復合率。EPR實驗證實，該材料在可見光下可高選擇性的生成超氧自由基(·O2-)，從而使其可作為光催化反應的高效催化劑。

圖2. PyNTB-COF光催化兩種有氧氧化反應的可能機理

鑒于PyNTB-COF優異的光電性能，本研究探索了其在多種光催化反應中的應用。結果顯示，PyNTB-COF在甲苯氧化為苯甲酸和醛-胺酰胺化反應中均表現出高效的催化活性，且底物兼容性廣(圖2)。實驗與理論計算表明，D-A-π-A-D結構是其性能優于傳統D-A型COF的關鍵。該研究通過合理設計π共軛橋聯D-A結構構筑了新穎的D-A-π-A-D結構，為開發高效光催化劑提供了新策略，拓展了COF在光催化有機合成中的應用潛力。

李培洲課題組主要從事“功能多孔材料合成及應用”方面的相關工作，主要集中于新型晶態框架多孔材料的設計合成及其在催化、能源與環境以及醫藥領域的應用，注重新結構的合成、以及物質構效關系方面的探索與應用研究。近年來，已在非均相光催化、質子傳導、污染物吸附以及光動力治療和生物納米抗菌等領域取得重要進展，在光催化領域發表多篇研究性論文，如：(1)J. Am. Chem. Soc.2025,147, DOI: 10.1021/jacs.5c00750. (2)Angew. Chem. Int. Ed.2025,64, e202425668. (3)Nat. Commun. 2024,15, 1267. (4)ACS Cat. 2024,14, 2631. (5)Small 2023,19, 2303324. (6)ACS Nano 2022,16, 21565. (7)ACS Mater. Lett. 2022,4, 1160. (8)ACS Appl. Mater. Interfaces 2022,14, 23518. (9)ACS Appl. Mater. Interfaces 2021,13, 20137。

上述系列研究工作得到了山東省自然科學基金等資助。

（來源：山東大學 版 權屬原作者 謹致謝意）