Site Engineering of Covalent Organic Frameworks for Regulating Peroxymonosulfate Activation to Generate Singlet Oxygen with 100 % Selectivity

单线态氧 化学 共价键 光化学 激进的 吡啶 催化作用 吸附 组合化学 氧气 有机化学
作者
Zonglin Weng,Yuanfang Lin,Siyuan Guo,Xinfei Zhang,Qin Guo,Yu Luo,Xinwen Ou,Jinxing Ma,Yang Zhou,Jin Jiang,Bin Han
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (43): e202310934-e202310934 被引量:219
标识
DOI:10.1002/anie.202310934
摘要

Singlet oxygen (1 O2 ) is an excellent reactive oxygen species (ROSs) for the selective conversion of organic matter, especially in advanced oxidation processes (AOPs). However, due to the huge dilemma in synthesizing single-site type catalysts, the control and regulation of 1 O2 generation in AOPs is still challenging and the underlying mechanism remains largely obscure. Here, taking advantage of the well-defined and flexibly tunable sites of covalent organic frameworks (COFs), we report the first achievement in precisely regulating ROSs generation in peroxymonosulfate (PMS)-based AOPs by site engineering of COFs. Remarkably, COFs with bipyridine units (BPY-COFs) facilitate PMS activation via a nonradical pathway with 100 % 1 O2 , whereas biphenyl-based COFs (BPD-COFs) with almost identical structures activate PMS to produce radicals (⋅OH and SO4 .- ). The BPY-COFs/PMS system delivers boosted performance for selective degradation of target pollutants from water, which is ca. 9.4 times that of its BPD-COFs counterpart, surpassing most reported PMS-based AOPs systems. Mechanism analysis indicated that highly electronegative pyridine-N atoms on BPY-COFs provide extra sites to adsorb the terminal H atoms of PMS, resulting in simultaneous adsorption of O and H atoms of PMS on one pyridine ring, which facilitates the cleavage of its S-O bond to generate 1 O2 .
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