近日，王键吉教授团队在国际顶尖化学学术期刊Angewandte Chemie-International Edition（《德国应用化学》）发表了题为Efficient Capture and Low Energy Release of NH3 by Azophenol Decorated Photoresponsive Covalent Organic Frameworks的研究论文。在读博士研究生田孝鑫为本文的第一作者，王键吉、仇记宽和王慧勇为共同通讯作者，3499cc拉斯维加斯为第一作者单位和唯一通讯作者单位。该研究得到国家自然科学基金重点项目、河南省自然科学基金项目的支持。
氨（NH3）气是含有高密度氢的无碳燃料，同时也是高毒性的环境污染物和产生PM2.5的主要元凶。因此，氨气的捕获和释放对污染物的资源化利用、新能源开发和碳中和目标的实现均具有重要的意义。但是，NH3的腐蚀性很强，而且解吸条件非常苛刻，成为NH3捕集后再利用的技术瓶颈。针对这一难题，该研究首次将光响应的偶氮苯酚单元作为光开关和NH3吸附位点，通过化学键合集成到共价有机框架（COF）的孔壁上，设计并合成了一种紫外/可见光响应的TFB-AzophenolTAPB COF（命名为COF-HNU38, HNU = Henan Normal University），并将其应用于NH3的高效捕获和低能耗释放。研究发现，在紫外光照射下，顺式COF 对NH3的吸附容量为7.7 mmol g-1，其中约29%的NH3可在常温常压下通过可见光照射的顺-反异构化而脱附，剩余的NH3可在25℃及真空条件下脱附；顺式COF的NH3/N2选择性高达158。另外，经8次吸附-解吸循环后，光响应COF依然具有较好的稳定性。原位漫反射红外光谱、X射线光电子能谱和密度泛函理论计算结果表明，NH3和光响应COF之间形成了多氢键相互作用，而且反式-顺式异构化后氢键的数量有所增加，氢键位点的极性也有所增强，从而有效地提高了NH3的捕获容量。同时，尽管多氢键相互作用的强度在总体上比较强，但作为典型的弱相互作用，单个氢键的强度较弱，这是NH3分子低耗能释放的主要原因。
该研究表明：如果利用超分子化学的理念在光响应COF微孔中设计大量能与氨分子进行弱作用的吸附位点，原则上即可实现对氨气捕集、释放的远程调控，并达到对氨气有效捕集、低能耗释放的目的。这一成果是拉斯维加斯官网在氨气捕集与低能耗脱附研究领域取得的又一重要进展，有望为新型智能氨气吸附剂的设计提供有益的指导。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202406855