2025新锐科学家专刊 || 北京科技大学王海龙课题组与合作者基于多孔有机笼的分子工程实现光催化过氧化氢生产性能提升

背景：过氧化氢（H2O2）是一种重要的化学品，传统蒽醌法生产存在能耗高、污染重的问题。利用太阳能和氧气进行光催化合成H2O2是一种有前景的替代方法，但传统无机半导体材料结构调控受限。近年来，晶态多孔有机材料如共价有机框架（COFs）因结构可调受到关注，而多孔有机笼（POCs）作为新兴超分子材料，兼具分子可调性和明确结构，在光催化领域潜力巨大，但用于H2O2生产的研究鲜有报道。研究目的：北京科技大学王海龙教授与河北大学刘超团队合作，旨在通过分子工程策略设计合成基于多孔有机笼的光催化剂，以提升可见光驱动下由水和氧气生产H2O2的性能。结论：研究成功合成了三种亚胺连接的[3+6]型POCs（H-POC、OMe-POC、OH-POC），通过调节苯并噁二唑模块上官能团（H、OMe、OH），实现了光催化性能的逐步提升，其中OH-POC在可见光下的H2O2产率最高（976 μmol h−1 g−1），在光热协同（70℃）下更提升至2748 μmol h−1 g−1。机理研究表明，官能团调控增强了材料的亲水性、光吸收和电荷分离/转移效率，H2O2生成涉及两步1e-氧还原反应和直接2e-水氧化反应。此外，OH-POC在降解水污染物中也表现高效。该工作为基于POCs平台合理设计高效光催化剂提供了新思路。