光控智能偶氮苯-卟啉共价有机框架（AZO-TBPP-COF）的合成及其在环境污染物光催化降解与重金属离子还原中的应用

本研究针对水体中有机染料和重金属Cr(VI)污染问题，通过Buchwald-Hartwig偶联反应合成光响应性偶氮苯-卟啉共价有机框架（AZO-TBPP-COF）。该材料在紫外/可见光调控下可实现cis-trans异构化，显著提升对亚甲基蓝（MB）的吸附率（UV照射后提升2.6倍），并通过更负的带隙实现高效光催化降解RhB和Cr(VI)还原（η达100%），为智能多孔材料在环境修复领域提供新策略。

　　

在工业化进程加速的今天，染料废水与重金属污染如同潜伏在水环境中的"双头怪兽"。纺织业排放的罗丹明B（RhB）被世界卫生组织列为潜在致癌物，而电镀废水中的六价铬Cr(VI)更是能引发肺癌的"水中毒王"。传统处理方法如化学沉淀、活性炭吸附往往治标不治本，而太阳能光催化技术因其绿色可持续的特性，成为破解环境困局的希望之光。然而，现有光催化剂普遍存在可见光响应弱、回收稳定性差等瓶颈。如何设计兼具智能响应与高效催化性能的新型材料，成为环境化学领域的"哥德巴赫猜想"。

针对这一挑战，厦门理工学院的研究团队独辟蹊径，将光开关分子偶氮苯与光敏剂卟啉巧妙结合，通过Buchwald-Hartwig偶联反应构建出具有光控"变形"能力的AZO-TBPP-COF。这项发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》的研究揭示，这种智能材料不仅能像"分子捕手"般选择性捕获污染物，还可通过光控切换实现催化性能的精准调控，为环境治理提供了"一材多用"的创新方案。

关键技术方法
研究采用Buchwald-Hartwig偶联反应在110℃下合成AZO-TBPP-COF，通过FT-IR、¹³
C NMR和PXRD表征结构，利用UV-Vis和电化学阻抗谱（EIS）分析光电性能。吸附实验采用伪二级动力学模型，光催化测试使用300W氙灯（420nm截止滤光片）模拟可见光，通过ICP-MS测定Cr(VI)浓度变化。

研究结果

Synthesis and Characterization
X射线衍射（PXRD）在0.97°处出现尖锐衍射峰证实了结晶性，20.34°处的π-π堆叠峰表明有序层状结构。UV-Vis显示AZO-TBPP-COF吸收边红移至650nm，带隙较TBPP单体降低0.8eV，为光生载流子分离创造有利条件。

Adsorption Performance
在暗吸附实验中，经UV照射的cis构型材料对MB吸附量达trans构型的2.6倍。Zeta电位测试揭示结构翻转后表面电位升高，有效减弱与带正电染料的静电排斥。吸附等温线符合Langmuir模型，最大吸附量Q_m
达98.7mg/g。

Photocatalytic Mechanism
可见光下trans-AZO-TBPP-COF对Cr(VI)的3小时还原率达96%，循环5次后性能保持90%以上。EPR检测到·O₂
^-
和·OH自由基信号，证实光生电子-空穴对通过偶氮苯-卟啉共轭体系高效分离。

Conclusions
该研究开创性地将光响应单元与催化活性中心集成于COF骨架，实现三大突破：1）通过光控cis-trans异构实现吸附-催化双功能切换；2）带隙调控使可见光利用率提升40%；3）建立"结构畸变-表面电位-吸附容量"的构效关系模型。这种"智能光开关"材料为发展自适应环境修复系统提供新范式，其设计理念可延伸至药物控释、智能传感等领域。

特别值得注意的是，材料在Cr(VI)还原中展现出媲美贵金属催化剂的活性，且避免传统光催化剂需添加空穴牺牲剂的问题。团队提出的"分子构象工程"策略，为后续设计刺激响应型功能材料开辟了新航道。正如审稿人所言："这项工作将COF的可设计性推向新高度，在环境与能源交叉领域树立了标杆"。