三维共价有机框架（3D COFs）具有高孔隙率、可定制的结构和丰富的活性位点，是设计光催化剂的理想平台。然而3D COFs合成和功能化修饰的复杂性限制了其应用。针对这一问题，南京大学化学化工学院袁帅教授、周俊教授与雷建平教授等人合作，提出了一种创新性的3D COFs逐步质子化策略，应用于光催化合成H₂O₂（图1）。研究团队设计了一系列具有8连接卟啉单元的3D-bcu-COFs，并通过逐步质子化亚胺和卟啉位点，成功优化了其光催化性能。这项研究为设计具有可调能带结构和光电性能的3D COFs提供了一种新的方法，并为未来3D COFs在环境和能源中的应用打下了基础。

图1. 3D COF的逐步质子化增强H₂O₂光合成

具体而言，研究团队首先合成了一系列3D-bcu-COFs作为光催化剂开发的多功能平台。这些3D-bcu-COFs由8连接的卟啉基元和线性单体连接而成，形成bcu拓扑结构。首先，通过用苯基、苯并噻二唑或苯并硒二唑基团官能化线性连接体，分别生成了PT-COFs、S-COFs和Se-COFs（图2）。然后，对这些COFs进行逐步质子化修饰，质子化过程分为两步：第一步质子化亚胺键，生成HPT-COF、HS-COF和HSe-COF；第二步质子化卟啉中心，生成双重质子化的H₂PT-COF、H₂S-COF和H₂Se-COF（图3）。质子化后的COFs表现出显著增强的可见光吸收和电荷分离效率，特别是H₂Se-COF在光催化H₂O₂生产中的表现尤为优异，H₂O₂的生产速率高达6.1 mmol g⁻¹ h⁻¹，显示双重功能化的优势在设计光催化剂方面的优势。这项研究证明了通过结构设计和化学改性相结合的方法，能够显著提升3D COFs的光催化性能，为COF基光催化剂的设计提供了新思路，并为未来3D COFs在环境和能源领域的应用奠定了基础。

图2.3D-bcu-COFs的合成和配体官能化

图3.3D-bcu-COFs的逐步质子化策略

袁帅教授简介  袁帅，南京大学化学化工学院教授、博士生导师。2018年博士毕业于美国德克萨斯农工大学。2018年至2021年在美国麻省理工学院从事博士后研究。2021年起任南京大学教授。目前致力于配位化学、材料化学和催化学科前沿交叉领域，利用金属有机框架为平台设计多元功能材料，应用于能源环境等方面。在国际重要SCI期刊上发表论文150余篇，包括以第一和通讯作者发表的Nat. Mater.、Nat. Commun.、JACS、Angew、Joule等，论文被引用13000余次，H-index 60，2021、2022连续两年入选全球高被引科学家。https://www.x-mol.com/groups/yuangroup
周俊教授简介  周俊，南京大学化学化工学院教授，博士生导师，2010年获中国科学院大连化学物理研究所博士学位，师从李灿院士。2011-2014年在法国国家健康与医学研究院/欧洲生物与化学研究所从事博士后研究，期间获得欧盟玛丽居里学者（Marie Curie International Incoming Fellowship, 2011）。2014年4月回国在中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室工作，任副研究员。2015年8月加入南京大学生命分析国家重点实验室，任副教授。2021年晋升教授。主要研究方向特殊结构核酸的性质与应用，DNA组装，生物传感。已经发表SCI论文50余篇，申请国家发明专利2项。主持和参与国家自然科学基金项目多项。https://www.jun-lab.cn
雷建平教授简介  雷建平，南京大学化学化工学院教授，博士生导师，2001.10-2004.9于日本金泽大学获博士学位。2005.1至2006.8于美国斯坦福大学化学系James P. Collman院士课题组从事博士后研究。2010年起任南京大学教授。围绕肿瘤等重大疾病的早期诊断，瞄准免疫分析、基因检测、细胞监测及其在临床诊断中存在的关键问题，一直致力于MOF/COF纳米探针组装、微弱信号提取与多模态活体成像和治疗等研究。在纳米材料的合成、生物相容性纳米材料的组装、功能纳米材料在癌细胞里的原位检测和高效治疗等基础研究做出了一定的创新工作。研究成果在Nat. Commun.、JACS、Angew和 Chem. Soc. Rev.等国际一流杂志共发表SCI论文200余篇（其中IF>5.0刊物162篇），并获得省部级自然科学一等奖3项，被SCI论文他引13000多次，H指数为72，得到同行广泛的评价与应用。https://chem.nju.edu.cn/ljp/list.htm