近日，365英国上市集团官网化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心朱为宏院士、张维伟教授团队在纳米共价有机框架光化学绿色合成过氧化氢领域取得重要突破。相关成果以“Synergizing Mass Transfer and Exciton Dissociation in Nanoscale COFs for Efficient H2O2 Photosynthesis”为题，发表于国际权威期刊《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2026, e6474422, doi.org/10.1002/anie.6474422）。
过氧化氢（H2O2）是一种重要的绿色化工基础产品，广泛应用于纸浆漂白、化工合成、废水处理及电子刻蚀等领域。与此同时，H2O2水溶液具有较高能量密度和良好储运安全性，被认为是具有潜力的燃料电池储能载体。2025年，全球双氧水年需求量已突破600万吨，而其中超过95%仍依赖传统蒽醌法生产，该工艺流程复杂、能耗较高，并伴随大量有机溶剂使用，环境负担显著。面向国家“双碳”战略与绿色化工转型的重大需求，以阳光、水和氧气为原料的光化学绿色合成H2O2技术应运而生。该技术具备反应温和、操作简便、无二次污染等优势。这不仅有望替代高污染、高能耗的蒽醌法，还可实现太阳能向化学能的高效转化与存储。因此，开发高效稳定的光催化H2O2合成体系，已成为绿色化工可持续发展的关键前沿方向之一。
过氧化氢光合成的关键在于电子与质子的高效协同转移。然而，传统光催化材料面临三重制约：光吸收能力有限、电荷分离效率不高、反应物质传输缓慢。如何在同一体系内同步破解这三个难题，一直是该领域的核心科学挑战。针对这一难题，朱为宏院士团队充分利用共价有机框架（COF）材料结构可设计、尺寸可调控的独特优势，创新性提出融合形貌调控与孔道修饰的协同策略。其中，纳米尺度形貌调控旨在提升光捕获与激子分离效率，而羧基化孔道修饰则用于优化限域水环境与质子传输行为。研究团队将自下而上的纳米COF构筑与点击化学修饰相结合，在骨架中精准引入羧基官能团，在保持高结晶性的同时，成功实现了COF尺寸与孔道化学环境的协同调控，制备出高功能化的纳米COF光催化剂。
研究结果表明，相较于传统微米级块状材料，纳米COF具有更高分散性和较短的激子迁移路径，显著增强光捕获能力与光生电子生成效率，同时有效抑制激子复合。羧基化孔壁则诱导限域水分子形成有序的氢键链，加速质子传输效率，降低质子耦合电子转移过程的动力学能垒，实现电子传递与质子传递的协同增强。得益于结晶性、亲水性及质子转移能力的协同优化，巯基丙酸修饰的TPB-PD-COOH在纯水和空气体系中表现出优异的H2O2光合成性能，AM 1.5G模拟太阳光下的生成速率达到11246 μmol h-1 g-1，为未修饰块状材料的7倍，太阳能到化学能转换效率达到2.18%，高于目前报道的绝大多数COF材料。进一步地，团队利用纳米COF优异的溶液分散性，将其与海藻酸钠复合，通过离子交联法制备得到水凝胶微球，并成功应用于流动反应装置。在室外连续自然光照条件下，该体系可稳定运行，展现出良好的实际应用前景。
图1. 块体与纳米尺度COF光催化合成H2O2机制对比示意图
图2. TPB-PD-COOH光催化合成H2O2性能
综上，该研究创新结合形貌调控与孔道修饰策略，成功制备兼具高结晶性、高分散性和高功能性的纳米COF光催化剂，建立同步优化激子动力学与质子传输的材料设计新框架，实现电子传递与质子传递过程的协同强化，是化工“新三传”的典型范例。该工作不仅为H2O2的绿色制备提供新路径，也为太阳能驱动绿色化工过程的发展提供重要参考。
该研究工作主要是由365英国上市集团官网化学与分子工程学院博士后刘馨蔓和硕士生占喜银完成，通讯作者为张维伟教授和任冠华博士。研究工作得到了朱为宏院士和田禾院士的悉心指导和帮助，并获得国家自然科学基金委、教育部科学技术司、上海市科委、诺贝尔奖科学家联合研究中心等项目的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.6474422