国家纳米科学中心在贵金属回收领域取得进展

近日，国家纳米科学中心的韩宝航课题组、刘新风课题组携手中国科学院大学何裕建课题组，合力制备出了新型卟啉基一维共价有机框架材料（COFs），并且通过在该材料中引入光照手段，使其贵金属回收性能得到了大幅提升。相关的研究成果刊载于《德国应用化学》国际版（DOI: 10.1002/anie.202414943）。

    通常而言，贵金属的回收包含两个步骤：第一步是凭借吸附作用来捕捉贵金属离子，第二步则是将这些离子还原成 0 价的金属单质。在本次研究里，研究团队通过精巧地设计 COF 的化学架构，实现在吸附过程中就同步把贵金属离子还原为 0 价金属单质，以此增进贵金属的回收效能。

    在这项研究当中，卟啉单元与吡啶单元经由席夫碱反应以共价键连接，进而构建出一维拓扑结构。相较于二维拓扑结构，一维拓扑结构中的功能单元排列得更为紧凑，密度也更高，理论比表面积更为可观。依据密度泛函理论的计算结果能够发现，一维拓扑结构里的吡啶基团与亚胺键具备吸附贵金属离子的本领。与此同时，卟啉基团还赋予了 COF 出众的光吸收特性。飞秒瞬态吸收测试精准地呈现出，材料在光照条件下会发生分子内电荷转移，所形成的光生电子会被吸附的贵金属离子俘获，进而促使贵金属离子还原成 0 价金属单质。引入光照之后，COF 针对三种贵金属离子（AuCl4–、PtCl42–和 Ag +）的平衡吸附容量依次达到 4729、573 和 519 mg g–1，分别是无光环境下的 3.3 倍、1.9 倍与 1.2 倍。动态吸附实验显示，每克 COF 能够以 99.8% 的效率处置 0.15 吨的工业含金废水。该项研究开拓出一种经济且高效的新途径，把光催化技术融入贵金属的吸附与回收流程之中，成功提升了贵金属回收的效率。

国家纳米科学中心的韩宝航研究员、刘新风研究员、丁雪松副研究员、杨东辉副研究员以及中国科学院大学的何裕建教授为共同通讯作者。中国科学院大学的博士研究生程元哲是第一作者。此项研究工作得到了国家重点研发计划项目、中国科学院国际合作项目、国家自然科学基金项目以及中国科学院战略性先导科技专项 B 类的资金支持。

 论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202414943