单原子材料具有独特的电子结构和最大化的原子利用率，在有机污染物（EOPs）的修复中显示出巨大的应用潜力，但揭示自旋态水平上的内在反应机制仍是一项艰巨的挑战。

基于此，浙江工业大学沈意副教授（通讯作者）等人报道了一种负载单原子钛（Ti₁）的共价有机骨架（Ti₁/CTF），用于涉及吸附和光催化协同作用的两阶段过程，并证明了电子自旋状态在调节材料固有活性中的重要作用。

自旋极化Ti₁-N₃/CTF-10显著提高了2, 2, 4, 4’-四羟基二苯甲酮（BP-2）的吸附容量（453.285 µmol g⁻¹）和降解动力学（2.263 h⁻¹，比CTF-0快17.0倍），并在应用于天然水中具有长期稳定性（在七次循环中去除93.3%的BP-2）和低成本（4.45 kWh∙m⁻³电能/次）。

通过DFT计算发现，在Ti₁-N₃/CTF-5和Ti₁-N₃/CTF-10中，自旋极化电子云分布明显增强，而在CTF-0和TiO₂/CTF-15中，自旋极化电子云分布消失，这两种体系中没有Ti₁-N₃基团。

此外，DOS图表明，总自旋磁矩（μ_eff）的产生源于Ti₁-N₃单元诱导的自旋极化电子的再分配。Ti₁-N₃/CTF-10中的N 2p轨道逐渐变窄并与Ti 3d轨道部分重叠，增强了Ti与CTF骨架的相互作用和稳定性。Ti₁-N₃/CTF-10和TiO₂/CTF-15的d-带中心ε_d分别为-0.78 eV和-4.49 eV，Ti₁-N₃基团的存在使ε_d达到费米能级，增强了Ti的吸附亲和性。

此外，作者分析了自旋极化CTFs对污染物的吸附行为。BP-2吸附主要位于CTFS的苯环结构上，π-π EDA相互作用提供了稳定的吸附力。Ti₁-N₃诱导的自旋极化增强了原子分散的Ti的电负性，从而在污染物和材料之间产生了诱导的氢键相互作用。

总之，CTFs中的Ti₁-N₃位点稳定了污染物分子，而氢键诱导的π-π EDA与偶极力之间的“推拉”相互作用进一步增强了污染物在材料界面处的结构畸变。

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.