Symmetry Basis Engineered Covalent Organic Frameworks for Water Purification Under Ultralow Light Intensity

共价有机骨架 材料科学 共价键 光催化 激进的 光化学 光强度 催化作用 废水 工业废水处理 化学工程 化学 有机化学 环境工程 光学 工程类 物理
作者
Chencheng Qin,Xiaodong Wu,Wen-Yan Zhou,Keru Yang,Miao Li,Zifang Li,Zichen Shangguan,Zihan Shu,Xiaoai Guo,Xingzhong Yuan,Hou Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (37): e2505164-e2505164 被引量:18
标识
DOI:10.1002/adma.202505164
摘要

Abstract Achieving efficient solar‐to‐chemical energy conversion of low‐intensity and natural sunlight is a promising but challenged for sustainable water purification. Herein, an electron‐deficient pyridine units into functional basis with symmetric and asymmetric is newly pre‐designed to form covalent organic frameworks (COFs). It is found that the bidirectional push‐pull effect of the bipyridine units in the symmetric Bby‐COF induces an increase in charge density and enhances the electron sink effect. This transformation optimizes the activation pathway of dissolved oxygen, establishing a pathway of micropollutants decomposition mediated by superoxide free radicals and photoexcited holes oxidation. Specifically, the first‐order rate constant of ofloxacin (OFL) removal for Bby‐COF for is 28.14 × 10 −2 min −1 , surpassing that of asymmetric Bpy‐COF by 6.3‐times (4.45 × 10 −2 min −1 ). Remarkably, Bby‐COF can achieve complete OFL removal within 30–40 min under winter sunlight conditions, demonstrating unprecedented ultra‐low‐light‐intensity (36 mW cm −2 ) catalytic performance. In this mode, an array‐type plate‐and‐frame flow‐through reactor can be consecutively operated for treating a total volume of 58.8 L wastewater using outdoor sunlight, meeting the potentiality of large‐scale applications. This study pioneers a symmetry‐engineered molecular strategy for developing high‐performance organocatalysts, bridging the critical gap between laboratory photocatalysis and real‐world solar wastewater treatment applications.
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