探索能够利用太阳能实现高效物质和能量转换的光响应材料已成为可持续发展领域的研究热点。随着研究深入，共价有机框架（COFs）因其化学结构可调和独特半导体性质成为极具潜力的候选材料。特别是，将卟啉单元整合到有序多孔网络中的卟啉基COFs因其能集成多种太阳能相关功能（如光降解和光热转换）而备受关注。然而，兼具污染物高效氧化处理与显著热能输出的双重功能卟啉基COFs仍鲜有报道，这主要由于缺乏合适的拓扑结构和功能构建单元。

图1 3D Por-An-COF合成示意图

针对上述科学问题，本文首次设计并合成了一系列具有二重互穿lvt-b拓扑的三维卟啉共价有机框架（3D Por-An-COF）。该三维结构实现了卟啉单元在共轭骨架中的周期性排列，有效促进了光子捕获及客体分子与活性中心的相互作用，从而赋予材料卓越的光响应特性，包括高效的太阳能–化学能和太阳能–热能转换能力。通过一系列实验，系统评估了这些COFs的维度依赖性光响应特性。以2-氯乙基乙基硫醚（CEES）作为硫芥气的模拟物，测试了3D H₂P-An-COF对其光降解性能。实验结果表明，在白光照射下，CEES在3D H₂P-An-COF催化作用下于6分钟内完全降解为无毒产物1-氯-2-乙基亚磺酰基乙烷（CEESO）。通过电子顺磁共振（EPR）光谱证实了单线态氧的产生，表明3D H₂P-An-COF在光照下能有效生成活性氧物种，从而促进CEES的降解。此外，用魔力蓝（Magic Blue）对3D H₂P-An-COF进行修饰，制备得3D H₂P-An-COF-M。在808nm激光照射下，该材料温度可迅速升至约100℃。基于此材料构建的界面水蒸发系统实现了1.64 kg∙m⁻²∙h⁻¹的蒸发速率，相关热电装置可产生195 mV的输出电压，足以点亮微型商用LED灯。

图2（a）光降解核磁图，（b）升温曲线，（c）水蒸发速率曲线。

该研究不仅拓展了三维卟啉基COFs在光能转化领域的结构多样性，更揭示了维度依赖性光响应行为本质，为开发面向可持续化学与环境修复的多功能光敏材料奠定理论基础。此外，该三维COFs材料简便的制备纯化工艺与优异的结构稳定性，为其规模化制备与多领域应用提供了可能。

相关研究成果以“Exploring Three-Dimensional Porphyrin-Based Covalent OrganicFrameworks with Outstanding Solar Energy Conversion”为题发表在Journal of the American Chemical Society上。欧洲杯 博士研究生郭佳琪、郭昀宇为共同第一作者，吉林大学金恩泉教授、李迪研究员，新加坡国立大学江东林教授为共同通讯作者。

论文链接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c09844