酒石酸衍生物构筑新型光催化剂，破解过氧化氢绿色合成难题

酒石酸衍生物构筑新型光催化剂，破解过氧化氢绿色合成难题

华东理工大学化学与分子工程学院朱为宏院士团队在过氧化氢绿色合成领域取得重大突破。该团队创新性地采用酒石酸衍生物作为单体，成功构建了一种新型共价有机框架光催化剂（TAH-COF），实现了高效光催化合成过氧化氢（H2O2）。相关研究成果发表在国际权威期刊《美国化学会志》上。

过氧化氢是一种高价值的工业化学品，广泛应用于纸浆漂白、废水处理、消毒和化学合成等领域。据统计，全球过氧化氢市场需求量预计到2027年将增至570万吨。然而，目前95%以上的过氧化氢仍采用传统的蒽醌法生产，该方法工艺流程繁琐，且存在严重的有机物环境污染问题。

相比之下，以阳光和水为原料的光催化绿色合成技术具有显著优势。这种技术不仅反应条件温和、操作简单、无二次污染，还能实现太阳能的化学转化和能源存储。因此，开发高效、经济、绿色的过氧化氢合成方法已成为化工行业转型升级的重要方向。

朱为宏院士团队的创新之处在于，他们首次采用亲水脂肪链单体——酒石酸衍生物来构筑共价有机框架光催化剂。这种设计巧妙地利用了脂肪链上的质子给体和受体，形成了特定的多重氢键网络，不仅提高了材料的亲水性，还获得了结晶型光催化剂。

研究发现，这种新型催化剂（TAH-COF）具有独特的层间错位堆积结构，形成了0.6 nm的亲水性孔道。更重要的是，酒石酸衍生物中的丰富质子给体和受体产生了共振辅助氢键效应，使催化剂的带隙缩窄至约1.9 eV，具备了半导体特性。

实验结果显示，TAH-COF催化剂在纯水和空气中光催化合成H2O2的效率显著提升，生成速率达到了6003 μmol h–1 g–1，太阳能到化学能的转换效率高达0.66%，是目前共价有机框架类光催化剂的最高值之一。此外，该催化剂在500 nm处的表观量子效率达到7.72%，经过5轮光催化循环测试后活性仍能保持稳定。

这项研究突破不仅为过氧化氢的绿色合成提供了新的技术路径，还展示了共价有机框架材料在光催化领域的巨大潜力。由于其优异的性能和环境友好特性，该技术有望在多个领域得到广泛应用，包括但不限于：

• 工业化学品生产：替代传统蒽醌法，实现清洁生产
• 环境治理：用于废水处理和空气净化
• 能源存储：作为燃料电池的储能载体
• 医疗卫生：用于消毒和杀菌

这一突破性进展体现了我国在绿色化学和可持续发展领域的创新能力，为推动化工行业的绿色转型提供了新的思路和技术支撑。