近日,，王鍵吉教授團隊在國際頂尖化學學術期刊Angewandte Chemie-International Edition（《德國應用化學》）發(fā)表了題為Efficient Capture and Low Energy Release of NH3 by Azophenol Decorated Photoresponsive Covalent Organic Frameworks的研究論文,。在讀博士研究生田孝鑫為本文的第一作者,，王鍵吉,、仇記寬和王慧勇為共同通訊作者，河南師范大學為第一作者單位和唯一通訊作者單位,。該研究得到國家自然科學基金重點項目、河南省自然科學基金項目的支持,。
氨（NH3）氣是含有高密度氫的無碳燃料,，同時也是高毒性的環(huán)境污染物和產(chǎn)生PM2.5的主要元兇。因此,，氨氣的捕獲和釋放對污染物的資源化利用,、新能源開發(fā)和碳中和目標的實現(xiàn)均具有重要的意義。但是,，NH3的腐蝕性很強,，而且解吸條件非常苛刻,，成為NH3捕集后再利用的技術瓶頸,。針對這一難題，該研究首次將光響應的偶氮苯酚單元作為光開關和NH3吸附位點,，通過化學鍵合集成到共價有機框架（COF）的孔壁上,，設計并合成了一種紫外/可見光響應的TFB-AzophenolTAPB COF（命名為COF-HNU38, HNU = Henan Normal University），并將其應用于NH3的高效捕獲和低能耗釋放,。研究發(fā)現(xiàn),，在紫外光照射下，順式COF 對NH3的吸附容量為7.7 mmol g-1,，其中約29%的NH3可在常溫常壓下通過可見光照射的順-反異構化而脫附,，剩余的NH3可在25℃及真空條件下脫附,；順式COF的NH3/N2選擇性高達158。另外,，經(jīng)8次吸附-解吸循環(huán)后,，光響應COF依然具有較好的穩(wěn)定性。原位漫反射紅外光譜,、X射線光電子能譜和密度泛函理論計算結果表明,，NH3和光響應COF之間形成了多氫鍵相互作用，而且反式-順式異構化后氫鍵的數(shù)量有所增加,，氫鍵位點的極性也有所增強,，從而有效地提高了NH3的捕獲容量。同時,，盡管多氫鍵相互作用的強度在總體上比較強,，但作為典型的弱相互作用，單個氫鍵的強度較弱,，這是NH3分子低耗能釋放的主要原因,。
該研究表明：如果利用超分子化學的理念在光響應COF微孔中設計大量能與氨分子進行弱作用的吸附位點，原則上即可實現(xiàn)對氨氣捕集,、釋放的遠程調(diào)控,，并達到對氨氣有效捕集、低能耗釋放的目的,。這一成果是我校在氨氣捕集與低能耗脫附研究領域取得的又一重要進展,，有望為新型智能氨氣吸附劑的設計提供有益的指導。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202406855