Insights into excitonic behavior in single-atom covalent organic frameworks for efficient photo-Fenton-like pollutant degradation

降级(电信) 污染物 共价键 Atom(片上系统) 化学 光化学 环境化学 材料科学 纳米技术 化学工程 计算机科学 有机化学 电信 工程类 嵌入式系统
作者
Chao Zhu,Mingzheng Yang,Bo Jiang,Lun Lu,Qile Fang,Yong Zheng,Shuang Song,Baoliang Chen,Yi Shen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-56103-6
摘要

The generation of radicals through photo-Fenton-like reactions demonstrates significant potential for remediating emerging organic contaminants (EOCs) in complex aqueous environments. However, the excitonic effect, induced by Coulomb interactions between photoexcited electrons and holes, reduces carrier utilization efficiency in these systems. In this study, we develop Cu single-atom-loaded covalent organic frameworks (CuSA/COFs) as models to modulate excitonic effects. Temperature-dependent photoluminescence and ultrafast transient absorption spectra reveal that incorporating acenaphthene units into the linker (CuSA/Ace-COF) significantly reduces exciton binding energy (Eb). This modification not only enhances peroxymonosulfate adsorption at Cu active sites but also facilitates rapid electron transfer and promotes selective hydroxyl radical generation. Compared to CuSA/Obq-COF (Eb = 25.6 meV), CuSA/Ace-COF (Eb = 12.2 meV) shows a 39.5-fold increase in the pseudo-first-order rate constant for sulfamethoxazole degradation (0.434 min-1). This work provides insights into modulating excitonic behavior in single-atom catalysts via linker engineering for EOCs degradation.
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