π-延伸锁锚协同工程化二酮吡咯并吡咯-COFs用于高效光催化海水提铀

本研究通过π-延伸共价锁（lock）和羧基锚定（anchor）的分子工程策略，设计出三种二酮吡咯并吡咯基共价有机框架（DPP-COFs），其中TPy-DPP-COF通过增强π共轭平面性和优化能带排列，实现了16.33 mg g?1的海水铀吸附容量（UES），并揭示了光催化-吸附协同路径。该工作为海洋铀回收提供了新型COF光催化剂分子设计范式。

　　

亮点

通过π-延伸内部锁和羧基外部锚的协同策略，我们设计了三种结晶性DPP-COFs（TPE-DPP-COF、TPy-DPP-COF和TPB-DPP-COF）。其中TPy-DPP-COF的共价锁增强了π共轭和分子平面性，与DPP单元形成优化的能带排列，促进分子内电荷转移（ICT）并降低激子结合能（E_b）。同时，羧基既能特异性配位铀酰离子，又能产生局域电场助力电荷分离。

合成与表征

TPy-DPP-COF通过希夫碱缩合在120°C下构建，采用芳环供体和羧基功能化的DPP受体。同步辐射X射线衍射证实其高结晶性，固态¹³C NMR和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)验证了亚胺键形成。紫外-可见漫反射光谱显示其光学带隙窄至1.5 eV，可捕获近红外光子。

结论

TPy-DPP-COF在可见光下实现16.33 mg g^?1的铀吸附容量，10次循环后仅损失29.3%性能。密度泛函理论(DFT)表明DPP单元是铀还原的活性位点，揭示了光催化-吸附协同机制。这项工作为开发高效COF基光催化剂提供了分子设计蓝图。