Z-型异质结MOF@COF核壳材料的构建与应用：高效吸附协同光催化降解高浓度有机污染物的创新策略

针对高浓度有机污染物治理难题，研究人员通过共价修饰NH2 -MIL-125(Ti)与COF单体TAPB-TBAB，构建了Z-型异质结MOF@COF核壳材料NMTT。该材料兼具大比表面积、可见光捕获能力及稳定性，对50 ppm RhB的去除率达100%，显著优于单一组分，为环境修复提供了新型高效材料设计思路。

　　

随着工业化和城市化进程加速，高浓度有机污染物如染料、农药残留等对水体和土壤的威胁日益严峻。传统处理方法如物理吸附和生物降解存在效率低、二次污染等问题，而单一光催化材料又面临稳定性差、可见光利用率不足的瓶颈。金属有机框架(MOF)和共价有机框架(COF)因其可调控的孔结构和光响应特性成为研究热点，但如何整合两者优势以突破性能限制仍是挑战。

为解决这一难题，沈阳科学技术计划项目支持的研究团队创新性地设计了一种Z-型异质结核壳材料。研究人员以NH₂
-MIL-125(Ti)为核，通过乙酸催化反应将COF单体TAPB（1,3,5-三(4-氨基苯基)苯）与TBAB（2,5-二(烯丙氧基)苯甲醛）共价修饰在其表面，成功构建了命名为NMTT的MOF@COF复合材料。这项突破性成果发表在《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》上，为高浓度污染物治理提供了新思路。

研究采用的关键技术包括：界面生长法构建核壳结构、X射线衍射(XRD)和氮气吸附-脱附表征材料理化性质、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)分析光吸收特性，以及高效液相色谱(HPLC)评估污染物降解效率。通过对比NH₂
-MIL-125(Ti)和TAPB-TBAB单独作用效果，系统验证了复合材料的协同效应。

合成与结构表征
通过胺基功能化MOF与醛基COF单体的席夫碱反应形成亚胺键，FT-IR证实了共价连接的成功。TEM显示NH₂
-MIL-125(Ti)表面均匀包覆20 nm厚COF层，BET测试表明复合材料比表面积达1280 m²
/g，孔径分布集中在1.8 nm和3.4 nm。XPS证实Ti³⁺
/Ti⁴⁺
氧化还原对的存在，为Z-型电子转移提供了实验依据。

吸附与光催化性能
在pH=5条件下，NMTT对50 ppm罗丹明B(RhB)的30分钟吸附率达82%，120分钟可见光照射后降解率达100%，速率常数k为0.047 min^-1
，是单一组分的3.2倍。材料对甲基橙、四环素等污染物也表现出广谱去除能力，循环5次后效率仍保持95%以上，SEM证实结构稳定性良好。

反应机制分析
通过自由基捕获实验和ESR检测，证实·O₂
^-
和h⁺
是主要活性物种。能带分析显示NH₂
-MIL-125(Ti)的导带(-0.82 eV)与TAPB-TBAB的价带(+1.43 eV)形成Z-型异质结，亚胺键作为电子传输通道，有效抑制了载流子复合。这种独特结构使复合材料兼具强氧化还原能力和宽光谱响应特性。

该研究不仅证实了MOF@COF复合材料在环境修复中的应用潜力，更创新性地提出了以共价键构建Z-型异质结的策略。相比传统物理混合材料，核壳结构通过化学键实现了精准的界面电子调控，为解决高浓度污染物治理难题提供了新材料设计范式。Yuxin Sun等研究者通过系统表征与机理分析，为多功能环境材料的开发奠定了理论基础，其提出的"吸附-光催化协同"模式对复杂污染体系的治理具有重要指导意义。