Polarity Gradient Engineering of Dual‐Pore Covalent Organic Frameworks Synchronize Mass Transport and Reaction for Micropollutant Removal

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作者
Hou Wang,Chencheng Qin,Zhiyan Feng,Wen-Yan Zhou,Keru Yang,Miao Li,Zihan Shu,Xingzhong Yuan,Yan Wu,Xiaoguang Duan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (4): e21521-e21521 被引量:3
标识
DOI:10.1002/anie.202521521
摘要

An intrinsic mismatch between molecular transport and interfacial reaction within porous materials greatly limits the catalytic performance for water treatment. Here, we report dual-pore covalent organic frameworks (COFs) featuring alternating triangular micropores and hexagonal mesopores to optimize this trade-off. Through strategic pore-wall functionalization with of methyl (Btc-COF) and methoxy (Bto-COF) groups, we create a polarity gradient that established spatially separated hydrophilic-hydrophobic domains in a hierarchical pore architecture. This helps govern critical synergies between mass transport, confined reaction, and interface redox processes: specifically, mesoporous channels strengthen dipole-dipole interactions between polar water molecules and methoxy groups, thereby accelerating pollutant influx and radical efflux; the abundant micropores intensify the interspace solute turnover frequency (collision-driven reaction efficiency) via the solvent cage effect; compared with nonpolar Btc-COF, methoxy-induced electronic polarization in Bto-COF amplifies the built-in electric field by 2.4 times, resulting in a surface charge accumulation of 94 mV. These factors synchronously accelerate the radical generation-transport-utilization cascade dynamics, achieving exceptional pharmaceutical micropollutant decomposition and transformation into nontoxic mineralized products, while maintaining exceptional adaptability and stability across diverse water matrices. This study offers a gradient dual-pore engineering strategy to synchronize transport-reaction dynamics in hierarchically porous media for solar-driven sustainable water purification.
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