超声激活的循环刷状聚合物纳米诊疗系统，用于糖尿病诱发的骨关节炎的多模态成像与治疗

《Materials Today》：Ultrasound-activated cyclic brush polymer nanotheranostic system for multimodal imaging and therapy in diabetes-induced osteoarthritis

本研究通过缺陷六方氮化硼表面原位生长共价有机框架，形成高效光催化降解染料、药物废水和持久性污染物的异质结材料，其电荷分离机制经密度泛函理论证实，并展现出实际应用潜力。

　　这项研究聚焦于开发一种新型的金属自由型光催化剂，用于降解多种新兴污染物。科学家们提出了一种创新的方法，即在具有缺陷的六方氮化硼（hBN）表面原位生长共价有机框架（COFs），从而构建出hBN@Tp-DBCN异质结构。hBN是一种二维材料，具有优异的化学稳定性、成本效益和非毒性，而COFs则因其可调的结构、高孔隙率和可变的光学与电子特性而备受关注。通过结合这两种材料，研究人员期望能够提升光催化效率，特别是在处理染料、药品废弃物以及具有高稳定性的全氟烷基物质（PFAS）方面。

光催化技术在环境治理中扮演着重要角色，其核心在于利用太阳能驱动化学反应，将污染物转化为无害物质。自然界中的光合作用通过将二氧化碳转化为能量丰富的有机分子，为光催化技术提供了灵感。人工光催化剂旨在模仿这一过程，通过高效的能量转换和物质降解实现环保目标。然而，传统方法如膜过滤、生物降解和化学氧化在处理某些污染物时存在诸多局限，例如需要二次处理膜浓缩液、处理时间长、能耗高，且难以彻底去除某些顽固污染物。因此，开发一种高效、稳定且环保的新型光催化剂具有重要意义。

hBN作为一种金属自由型二维材料，在水处理领域展现出独特的优势。与含金属的二维材料如MoS?或MoSe?相比，hBN不仅具有更高的化学稳定性，而且其不含金属元素，避免了可能对环境造成影响的金属残留问题。此外，hBN的二维结构使其拥有较大的比表面积，同时其表面缺陷可作为活性位点，为光催化反应提供更多的反应位点。然而，hBN的绝缘特性和较大的能隙使其在与COFs构建异质结构时面临挑战，尤其是在实现有效的能级匹配和电子转移方面。因此，研究人员探索了如何通过调控hBN的表面特性，使其能够与COFs形成高效的异质结构。

在本研究中，科学家们采用了一种简单而有效的策略，即在hBN表面引入缺陷，并通过化学修饰使其具备与COFs反应的能力。具体而言，通过球磨法对hBN粉末进行处理，使其发生剥离并形成具有缺陷的hBN纳米片。在球磨过程中，加入氢氧化钠（NaOH）以生成丰富的羟基（OH）官能团，这些官能团随后与（3-氨基丙基）-三乙氧基硅烷（APTES）反应，形成氨基功能化的hBN（NH?-hBN）。NH?-hBN作为反应基底，为后续COFs的生长提供了理想的条件。通过这一过程，研究人员成功构建了hBN@Tp-DBCN异质结构，其中Tp-DBCN是一种由三芳基苯丙醇（1,3,5-triformylphloroglucinol）和4,4′-二氨基-3,3′-二氰基联苯（4,4′-diamino-[1,1′-biphenyl]-3,3′-dicarbonitrile）组成的共价有机框架。

为了进一步验证这种异质结构的性能，研究人员采用了多种分析手段。通过紫外光电子能谱（UPS）和能隙分析，他们确认了hBN@Tp-DBCN异质结构在界面处形成了II型异质结，这有助于电子和空穴的有效分离，从而减少电子-空穴复合的可能性。同时，密度泛函理论（DFT）模拟进一步揭示了COF-hBN界面处的高效电荷转移机制。这些结果表明，hBN@Tp-DBCN异质结构在光催化性能上具有显著优势，能够实现对多种污染物的高效降解。

实验结果显示，hBN@Tp-DBCN异质结构在降解染料、药品废弃物以及PFAS等污染物方面表现出卓越的性能。其中，PFAS因其高稳定性和难以降解的特性而被称为“永久化学品”，而传统方法如高级氧化和微生物降解难以彻底去除这些污染物。相比之下，hBN@Tp-DBCN异质结构能够实现对PFAS的几乎完全去除，特别是在处理如全氟辛烷酸（PFOA）等顽固污染物时展现出高效的降解能力。此外，这种异质结构在不同实验装置中（如烧杯和优化反应器）均表现出良好的应用潜力，表明其不仅在实验室条件下有效，而且具备实际应用的可行性。

这一研究不仅为光催化技术的发展提供了新的思路，也为人工光合作用和水处理领域带来了新的可能性。通过构建金属自由型的hBN@COFs异质结构，研究人员成功克服了传统光催化剂在能级匹配和电子转移方面的不足，从而提升了光催化效率。这种异质结构的构建方法相对简单，避免了复杂的合成和纯化过程，使得其在实际应用中更具优势。同时，hBN@Tp-DBCN异质结构的多功能性和可调性使其能够适应不同的污染物类型，展现出广泛的适用性。

此外，研究团队在实验过程中采用了多种技术手段，以确保结果的准确性和可靠性。例如，通过光电流测量和UPS分析，他们能够深入理解异质结构中的电荷转移方向和分离效率。这些实验方法不仅验证了理论预测，也为后续研究提供了重要的数据支持。同时，DFT模拟进一步揭示了COF-hBN界面处的电子行为，为优化异质结构设计提供了理论依据。

综上所述，这项研究通过创新的异质结构设计，成功提升了光催化效率，特别是在处理多种新兴污染物方面展现出卓越的性能。hBN@Tp-DBCN异质结构的构建方法简单、高效，为实际应用提供了可行的解决方案。未来，随着对hBN和COFs异质结构研究的深入，有望进一步拓展其在环境治理、能源转换和人工光合作用等领域的应用。这一研究不仅为光催化技术的发展提供了新的方向，也为构建高效、环保的新型材料体系奠定了基础。