共价有机框架中不饱和键调控策略实现光催化铀回收与过氧化氢同步高效生产

本研究针对可见光驱动下铀提取与过氧化氢(H2O2)光合作用难以协同高效进行的科学难题，开发了基于偶氮基团(-N=N-)修饰的共价有机框架(Azo COF)材料。该材料在无牺牲剂条件下实现95.0%铀提取效率和77.5 μmol L?1 h?1的H2O2产率，通过四电子水氧化机制促进可溶性铀向准钒铀矿转化，为放射性废水治理和高附加值化学品生产提供新策略。

　　

通过创新性地在共价有机框架(COFs)中引入不饱和键调控策略，研究人员成功提升了光催化铀回收与过氧化氢(H₂O₂)生产的协同效能。与乙烯基(-C=C-)相比，锚定在骨架上的偶氮基团(-N=N-)构筑的Azo COF材料显著促进电荷分离/传输过程。在可见光照射和开放空气环境中，该材料在铀酰水溶液中无需牺牲剂即可实现95.0%的铀提取效率，并同步产生77.5 μmol L^?1 h^?1的H₂O₂。在模拟含铀废水中同样保持90.9%的提取效率，展现出优异的铀酰离子(UO₂²⁺)选择性和循环性能。

机制研究表明，偶氮基团通过一步氧还原和四电子(4 e^?)水氧化反应路径促进H₂O₂的光合作用。实验与理论计算证实，该基团能有效增强氧气(O₂)吸附能力并调控电荷分布，从而协同推动H₂O₂生成和可溶性铀向不溶性准钒铀矿((UO₂)O₂·2H₂O)的转化过程。这项研究为同步实现放射性元素回收和高附加值化学品生产提供了创新的光催化剂设计范式。