單原子材料具有獨特的電子結構和最大化的原子利用率，在有機污染物（EOPs）的修復中顯示出巨大的應用潛力，但揭示自旋態水平上的內在反應機制仍是一項艱巨的挑戰。
基于此，浙江工業大學沈意副教授（通訊作者）等人報道了一種負載單原子鈦（Ti1）的共價有機骨架（Ti1/CTF），用于涉及吸附和光催化協同作用的兩階段過程，并證明了電子自旋狀態在調節材料固有活性中的重要作用。
自旋極化Ti1-N3/CTF-10顯著提高了2, 2, 4, 4’-四羥基二苯甲酮（BP-2）的吸附容量（453.285 μmol g?1）和降解動力學（2.263 h?1，比CTF-0快17.0倍），并在應用于天然水中具有長期穩定性（在七次循環中去除93.3%的BP-2）和低成本（4.45 kWh?m?3電能/次）。
通過DFT計算發現，在Ti1-N3/CTF-5和Ti1-N3/CTF-10中，自旋極化電子云分布明顯增強，而在CTF-0和TiO2/CTF-15中，自旋極化電子云分布消失，這兩種體系中沒有Ti1-N3基團。
此外，DOS圖表明，總自旋磁矩（μeff）的產生源于Ti1-N3單元誘導的自旋極化電子的再分配。Ti1-N3/CTF-10中的N 2p軌道逐漸變窄并與Ti 3d軌道部分重疊，增強了Ti與CTF骨架的相互作用和穩定性。Ti1-N3/CTF-10和TiO2/CTF-15的d-帶中心εd分別為-0.78 eV和-4.49 eV，Ti1-N3基團的存在使εd達到費米能級，增強了Ti的吸附親和性。
此外，作者分析了自旋極化CTFs對污染物的吸附行為。BP-2吸附主要位于CTFS的苯環結構上，π-π EDA相互作用提供了穩定的吸附力。Ti1-N3誘導的自旋極化增強了原子分散的Ti的電負性，從而在污染物和材料之間產生了誘導的氫鍵相互作用。
總之，CTFs中的Ti1-N3位點穩定了污染物分子，而氫鍵誘導的π-π EDA與偶極力之間的“推拉”相互作用進一步增強了污染物在材料界面處的結構畸變。
Unveiling Spin State-Dependent Micropollutant Removal using Single-Atom Covalent Triazine Framework.?Adv. Funct. Mater.,?2023, DOI: 10.1002/adfm.202210905.
https://doi.org/10.1002/adfm.202210905.
