Boosting Exciton Dissociation and Charge Transfer in Fluorine-Substituted Covalent Organic Frameworks with Biomimetic Electron Pumps for Remarkable Photocatalytic Extraction of Uranium

材料科学 光催化 离解(化学) 共价键 激子 电子转移 光化学 萃取(化学) 化学工程 纳米技术 有机化学 催化作用 化学 物理 量子力学 工程类 冶金
作者
Gui-Hong Wu,Fengtao Yu,Yiping Liu,Bo Wang,Yan Liu,Jian‐Ding Qiu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (2): 3503-3513
标识
DOI:10.1021/acsami.4c20394
摘要

Visible-light-driven photocatalytic uranium extraction based covalent organic frameworks (COFs) are green and sustainable, but their performance is severely restricted by a strong exciton effect. Herein, inspired by the physiology of cardiac pacing, a novel fluorine-based COF (PyF-DaS-COF) with a biomimetic electronic pump has been fabricated and used for the photocatalytic extraction of uranium. Both experimental and theoretical calculations confirm that strongly electronegative fluorine plays a crucial role in exciton dissociation and charge transfer. The enhanced electron push–pull effect increases the intrinsic separation driving force of charge separation. Furthermore, fluorine substitution thermodynamically favors the generation of the crucial *OOH intermediate in the uranium reduction reaction. As a result, the PyF-DaS-COF achieves a record k value (T = 293 K) of 0.082 min–1 with an extraction capacity of 991.5 mg g–1. Importantly, PyF-DaS-COF achieves a removal rate of over 99% in real uranium-containing wastewater. The current work provides unique insights into designing novel and effective COFs for controlling radioactive contamination.
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