可见光驱动D-π-A共价三嗪框架自聚合策略高效降解抗生素的环境修复应用

针对光催化氧化过程中电荷复合率高、载流子利用率低的问题，研究人员开发了一种基于噻吩单元的D-π-A型共价三嗪框架（TCTF）。该材料通过空间离域电子特性显著提升光生空穴浓度，在Vis/PMS/TCTF体系中实现磺胺甲恶唑（SMX）降解效率较暗条件提升3倍，且处理后的水体经PC12细胞验证无毒性。其固定化系统在连续运行10小时后仍保持95%以上污染物去除率，为可持续废水处理提供了新策略。

　　

抗生素的过度使用导致其在水环境中大量积累，对生态系统和人类健康构成严重威胁。传统处理方法难以有效降解这类持久性污染物，而光催化技术因其绿色高效的特点成为研究热点。然而，现有聚合物光催化剂面临电子-空穴复合率高、载流子迁移率低等瓶颈，尤其是光生空穴的传输速率比电子慢2-3个数量级，严重制约了氧化效率。

针对这一挑战，中国博士后科学基金等项目支持的研究团队设计了一种新型D-π-A（给体-π-受体）结构共价三嗪框架TCTF。通过引入噻吩单元作为电子给体，构建三维自聚合通道结构，显著提升了电荷分离效率和光催化性能。相关成果发表于《Materials Today Communications》。

研究采用温和酸催化法合成TCTF，通过TEM/SEM表征其40-60 nm纳米颗粒自组装的3D孔道结构（1-2 nm孔径）。结合DFT计算和电化学测试证实，噻吩单元作为π桥增强了电子离域，使静电势差达2.18 eV，空穴浓度提升9倍。通过EPR检测到·OH、SO₄^·-和¹O₂等活性氧物种（ROS），并利用LC-MS解析SMX降解路径。

【结构表征】显示TCTF比表面积达687 m²/g，可见光吸收边红移至650 nm。瞬态荧光光谱表明其载流子寿命（τ_ave）达5.8 ns，是DCTF的2.3倍。

【降解性能】实验表明，Vis/PMS/TCTF体系对SMX的k_obs为0.083 min^-1，分别是暗条件和Vis/PMS/DCTF体系的3倍和9倍。PVDF固定化系统在连续处理10小时后，对SMX和罗丹明B的去除率仍>95%。

【毒性评估】通过PC12细胞活力实验证实，处理后的水体无细胞毒性，LDH释放量与对照组无显著差异。

该研究创新性地将噻吩单元引入CTF骨架，通过D-π-A结构设计实现了三大突破：（1）建立能量梯度促进电荷定向迁移；（2）三维孔道结构提供更多活性位点；（3）协同PMS活化机制增强ROS生成。这不仅为抗生素污染治理提供了高效解决方案，其膜固定化技术更推动了光催化材料的实际应用进程。研究提出的"空穴富集-氧化剂活化"协同机制，为设计高性能环境功能材料提供了新思路。