新加坡国立大学研发新型聚酰亚胺材料，实现光催化高效合成过氧化氢

过氧化氢（H₂O₂）是一种用途广泛的绿色氧化剂，广泛应用于漂白、消毒、医药及精细化工等领域。然而，传统蒽醌法生产过氧化氢能耗高、污染重，亟需更可持续的替代方案。光催化合成过氧化氢——即利用太阳光驱动水和氧气直接转化为过氧化氢——被视为Zui具前景的绿色路线之一，但如何开发兼具高活性与高稳定性的光催化剂，始终是该领域的核心挑战。

近日，新加坡国立大学（National University of Singapore）赵丹教授团队与华东理工大学张威威教授、任冠华教授团队联合攻关，在共价有机框架（Covalent Organic Frameworks，COFs）光催化剂设计方面取得重要进展。相关成果发表于国际期刊，为高效、稳定光催化合成过氧化氢开辟了新思路。

聚酰亚胺框架破解亚胺连接稳定性难题

共价有机框架材料以其规整的多孔结构、可调节的光学与电子性质，成为光催化领域的"新星"。其模块化骨架可针对光捕获和电荷分离进行精准调控，理论上非常适合驱动光化学反应。然而，目前报道Zui多的亚胺键连接型共价有机框架在强酸、强碱等苛刻环境下稳定性较差，长期运行后结晶结构易遭破坏，催化活性大幅衰减，严重制约了其实用化进程。

为从根本上解决这一问题，研究团队另辟蹊径，引入了聚酰亚胺（polyimide）连接方式，并精心设计了以苯并菲（triphenylene）为核心的稠环构筑单元。苯并菲是一种具有大共轭平面的多环芳烃，本身具备良好的光吸收能力和载流子传输特性。将其与酰亚胺键结合，既赋予框架材料优异的化学稳定性，又保留了高效的光电子动力学特征。

研究团队采用水辅助微波合成法，成功制备出两种新型聚酰亚胺共价有机框架材料——NUS-76和NUS-77。实验证实，两者在强酸（pH 1）和强碱（pH 14）环境中均能保持完整的晶态结构，稳定性显著优于传统亚胺键共价有机框架，展现出面向工业应用场景的潜力。

NUS-77产率创新高，连续流反应器验证实用价值

在催化性能方面，NUS-77表现尤为突出。该材料在苯并菲骨架基础上，进一步引入了齐聚苯乙炔撑（oligo(phenylenevinylene)）基团，通过拓展π共轭体系，实现了更宽的光谱响应范围和更高效的电子空穴分离。测试结果显示，NUS-77的光催化过氧化氢生成速率高达每克每小时23284微摩尔，刷新了目前共价有机框架材料在该领域的记录之一。

更值得关注的是，研究团队进一步将NUS-77集成到连续流光反应器中，系统评估其在实际应用条件下的性能。结果表明，该反应器在标准太阳光模拟条件（光照强度100毫瓦每平方厘米，即1个太阳）下连续运行9小时，可产出浓度高达40.7毫摩尔/升的。经过四个连续反应周期（合计36小时）后，催化活性未见明显衰减，稳定性得到充分验证。这一产品浓度超过目前文献报道中绝大多数共价有机框架光催化剂的水平，标志着该材料已初步具备走向实用化的基础。

酰亚胺键促进电荷分离，理论计算揭示催化机制

为深入理解性能提升背后的机制，团队结合密度泛函理论（DFT）计算与实验表征手段，系统解析了催化路径。理论计算表明，酰亚胺键的引入能够有效促进光生载流子的分离，降低电子-空穴复合概率，从而将更多光能转化为化学能。此外，在催化氧化还原循环过程中，酰亚胺键有助于稳定关键的超氧自由基（·O₂⁻）中间体的生成，而这一活性物种正是过氧化氢光催化合成路径中的核心反应中间体。

这一发现深刻揭示了连接键化学与构筑单元设计的协同效应：酰亚胺键不仅在热力学上赋予框架更高的化学稳定性，还在动力学层面优化了催化活性位点的电子结构，实现了"稳定性"与"活性"的双重提升——而这两者在传统催化剂设计中往往难以兼顾。

绿色过氧化氢的光催化制备正处于从实验室走向中试放大的关键节点。国内过氧化氢年消费量持续增长，化工、电子、环保等下游行业对绿色低碳制备工艺的需求日益迫切。华东理工大学团队深度参与本项研究，恰恰说明中国科研机构在该领域已具备较强的原始创新能力。国内相关催化材料企业和光化工装备制造商可密切跟踪连续流光反应器的工程放大进展，提前布局配套材料供应与系统集成能力，在新一轮绿色化工技术浪潮中抢占先机。