可回收的含硒紫精基D-A 多孔离子聚合物： 从双通道光催化降解到植物生长
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发布时间：2024-11-11
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文章标题：可回收的含硒紫精基D-A 多孔离子聚合物： 从双通道光催化降解到植物生长
内容：
Chenjing Liu, Guoping Li, Yujing Gao, Yawen Li, Wenxi He, Lei Zhang, Wenxin Wei, Gang He*
Recyclable Selenoviologen-Based D-A Porous Ionic Polymer: From Dual-Channels Photocatalytic Degradation to Plant Growth
全文速览
水系统中的抗生素污染是一个重大的环境问题，寻找利用可见光的高效光催化剂仍然是抗生素降解领域的一项挑战。本研究利用 Sonogashira 反应，将硒（SeV2+）受体单元与三嗪供体单元合成了含硒紫精基 D-A 多孔离子聚合物（SeV-PIP）。SeV-PIP 具有显著的可见光吸收能力、有效的电荷分离能力和优异的自由基阳离子稳定性，可使光生电子和空穴同时参与双通道降解，并表现出极强的可回收性。在可见光条件下高效降解四环素类抗生素，即使存在常见的废水污染物，降解率也高达 96%，回收率高达 97%，最终实现污染物分子的矿化。该研究设计并组装了一个流动相太阳光催化降解串联植物生长装置，通过豆苗生长实验验证了降解后的废水具有促进植物生长的能力，并实现了进一步的应用。这项研究有助于制定可持续的废水处理策略，强调了先进光催化技术在环境修复中的重要性。
背景介绍
共轭自由基阳离子以其卓越的氧化还原特性而闻名，在促进一系列氧化还原驱动的转化过程中发挥着不可或缺的作用。共轭自由基阳离子可用于光电催化、储能电池和柔性电子器件。此外，共轭自由基阳离子还广泛应用于光催化水处理。紫精在获得电子后往往会生成自由基阳离子物种，可作为光催化中的电子转移剂。通过 Se 原子与紫精骨架的结合，硒紫精（SeV2+）表现出强的可见光的吸收，并转化为自由基阳离子，使其成为光催化中的光敏剂和电子传递介质。然而，生成的自由基阳离子在大多数情况下并不稳定，因为它往往会发生二聚化，并且很容易被氧气淬灭，从而进一步限制了它的实际应用。同时，由于小分子中的电子-空穴重组，光催化系统需要额外的牺牲剂才能在光照下产生自由基，限制了其实际应用。因此，开发具有强电荷分离能力和自由基阳离子稳定性的含硒紫精对其光催化性能至关重要。
多孔离子聚合物（PIPs）是一种新型有机聚合物，其框架或孔隙中含有丰富的离子位点。通过设计离子位点的类型和位置，可以调节这些聚合物的理化性质。与中性多孔有机聚合物相比，PIP具有可控的离子位点和更高的电荷密度。PIPs 在氧化还原化学反应中表现出卓越的稳定性，并形成同轴堆叠结构，并且易于纯化、易于回收、环保，因此适用于催化反应。将含硒紫精引入 PIPs 中有望显著增强可见光吸收、电荷分离和自由基阳离子稳定性。这种方法不仅扩展了紫精的结构，还为解决光催化废水处理问题提供了一种新策略。
本文亮点
[1] 该研究报告了一种具有可见光吸收和内部电荷分离功能的新型结构。受此将含硒紫精引入多孔离子聚合物，并利用杂原子效应增强了共轭结构，从而实现了强可见光吸收。
[2] 该结构稳定的电荷分离状态可实现电子和空穴的双通道催化应用，独特的机理大大提高了可见光条件下的光催化效率，可将有机废物高效降解为肥料。
[3] 设计并组装了一种流动相太阳光降解串联植物生长装置，利用太阳能降解废水中的污染物，使其适用于植物灌溉。该装置可有效利用阳光驱动的降解作用，实现废水的再利用。
文章链接：www.sciengine.com/SCC/doi/10.1007/s11426-024-2327-5;JSESSIONID=9c9ad931-bacb-4cf6-89e5-fc9ac6df3d99