近日，英国威廉希尔公司官网杨英威教授课题组联合张志权教授团队，在利用柱芳烃基共价有机微球进行可控高效光催化氧化方面取得重要进展。该团队巧妙地利用柱芳烃的空腔特性，提出了一种刺激响应的智能光催化剂合成策略（NP5-TF-HPM和NP5-TF-HPM-H，图1），实现了活性氧的按需扩增，从而能够精准高效地光氧化降解有毒硫化物。该项研究将分子层面的响应性转化为宏观系统应用，为复杂的光催化领域带来了进展，并有望推动超分子材料和智能材料在环境适应性技术领域的应用。相关研究成果以“Proton-Mediated ROS Amplification in Hydrazone-Linked Pillararene Microspheres for Photocatalysis”为题，于4月28日发表在Nano Letters期刊上。

图1.腙键连接的柱芳烃基有机微球的设计路线及其质子化过程的示意图

得益于富电子空腔，智能光催化剂NP5-TF-HPM展现出独特的质子响应性，可通过质子诱导实现从烯醇-亚胺到酮-胺形式的结构重排。此特性进一步调节了材料的光生活性氧能力。在保留NP5-TF-HPM光催化产生的活性氧物种的同时，NP5-TF-HPM-H还具备类过氧化物酶活性，能够高效生成羟基自由基（图2）。

图2.NP5-TF-HPM-H光催化活性氧生成及光催化硫醚氧化的性能表征

实验和密度泛函理论计算结果显示，质子化框架中的柱芳烃发挥了“活性放大器”的作用。这些分子从空腔中向其他结构单元提供π电子（图3），不仅使框架的导带移动至更负的电位，增强其电子给体能力，还在供体-受体部分诱导了不均匀的电荷分布，从而形成了分子内建电场。这种独特的机制赋予了质子化柱芳烃基有机微球更强的光氧化活性，使其能够高效催化多种硫化物氧化，转化率高达99%。这项创新成果预示着智能材料在光催化领域拥有广阔的应用前景，未来有望应用于环境修复和能源转化等多个领域。

图3.NP5-TF-HPM-H的光催化氧化的普适性及其光催化活性氧扩增的机理

总而言之，这项工作充分利用了大环结构为设计高效的刺激响应型光催化剂提供了一种独特的方法，也为智能材料的合成提供了新的思路。

文章第一作者为英国威廉希尔公司官网鼎新学者李萌昊，通讯作者为英国威廉希尔公司官网杨英威教授和张志权教授。该研究工作得到了国家自然科学基金（No. 52173200）和吉林省自然科学基金（No. 20230101052JC）的支持。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c01273