纳米核壳结构磁性SO3H功能化共价有机框架的缺陷工程策略及其在阳离子染料净化中的应用机制

本研究通过功能化缺陷策略合成磁性磺酸基共价有机框架(Fe3O4@TpBD-SO3H COFs)，实现了对孔雀石绿(MG)等阳离子染料的高效吸附(1010.6 mg/g)。材料兼具磁分离特性与优异选择性，在二元体系中展现出协同/拮抗吸附效应，为复杂水体净化提供了新型解决方案。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过创新性的"功能化缺陷策略"，将4-氨基苯-1,3-二磺酸(ADSA)作为竞争单体，成功构建了具有周期性磺酸基团分布的纳米吸附剂。这种设计使材料同时具备规整孔道结构和丰富负电荷位点，为阳离子染料捕获提供了理想平台。

材料表征

亚胺缩合反应在PTSA和SDS存在下进行溶剂热合成（图1）。通过竞争策略，系统比较了氨基功能化的磺酸、硼酸和羧酸作为竞争单体的效果（图2a）。令人惊喜的是，磺酸型COFs展现出独特的性能优势：①动态光散射显示其水合粒径仅189nm；②Zeta电位达-36.7mV，证实表面富含负电荷；③高分辨率透射电镜证实其完美核壳结构。

结论

我们开发了一种简单温和的功能化缺陷策略来合成-SO₃H修饰的COFs。磺酸基团的成功引入为TpBD-SO₃H COFs提供了充足的负电荷位点，使其对MG等阳离子染料具有超高吸附容量(2788.2 mg/g)和快速动力学。Fe₃O₄@TpBD-SO₃H COFs对阳离子染料的选择性吸附能力，使其能够高效净化染料污染水体。

环境意义

阳离子染料在工业领域广泛应用，但其无序排放严重威胁水生态系统和公共健康。本研究开发的磺酸化COFs作为高效吸附剂，在实际水样中表现出卓越的吸附性能，并具有优异的再生能力和抗干扰性，为环境修复提供了新思路。

作者贡献声明

洪伟竹：初稿撰写，软件处理；刘畅：可视化分析，软件处理；杨鑫：通讯作者，负责课题设计、基金获取和论文修订；阙楚强：实验设计、数据分析和初稿撰写；王静：论文修订；曹静：可视化研究；左鹏建：数据分析；李敏杰：方法开发；刘佳：项目管理；强子昂：（其他贡献未具体说明）

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响研究结果的财务或个人利益冲突。

致谢

本研究由国家重点研发计划项目（2024YFF1105700）资助。