［本站(zhàn)訊］近期，山東大學環境學院李倩教授課題組在環境功能(néng)材料開發和新(xīn)型水處理(lǐ)高級氧化(huà)技術應用方面取得系列新(xīn)進展。相關成果先後發表于Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.（2024, 121, e2319427121）、AdvancedMaterials（2024, e202311869）、Environmental Science& Technology（2023, 57, 1882-1893,封面文章）、Water Research（2024, 251, 121119）、Journal of Hazardous Materials（2024, 469, 133889）、ACS ES&T Engineering（2024,10.1021/acsestengg.3c00466）等國際知名期刊上(shàng)。
高級氧化(huà)工藝（如(rú)亞氯酸鹽活化(huà)工藝和過硫酸鹽高級氧化(huà)工藝）因其經濟、高效的優勢被廣泛用于實際有機廢水處理(lǐ)。其中，過渡金(jīn)屬氧化(huà)物催化(huà)亞氯酸鹽活化(huà)工藝通過同步生(shēng)成非均相高價金(jīn)屬物質和二氧化(huà)氯，能(néng)夠實現有機污染物的選擇性氧化(huà)。然而，非均相高價金(jīn)屬物質在化(huà)學形态和演化(huà)機制上(shàng)與均相高價金(jīn)屬物質不同，卻常被混爲一(yī)談。以高價钴物質爲例，非均相Co(IV)=O由于钴中心的d電子(zǐ)與氧原子(zǐ)之間存在強烈的電子(zǐ)排斥作(zuò)用而不穩定，限制了(le)亞氯酸鹽的持續活化(huà)。除此之外，具有高效性和較強環境适應性的非均相鐵基催化(huà)劑也(yě)面臨着類芬頓反應過程中Fe2+/Fe3+循環易受阻的難題，但(dàn)額外引入助催化(huà)劑又會給反應體系的實際應用方便性和環境安全性帶來了(le)不利影響。針對以上(shàng)問題，李倩教授課題組開發了(le)钴金(jīn)屬氧化(huà)物、鐵/钼雙金(jīn)屬碳基材料等系列新(xīn)型功能(néng)納米材料的合成和應用策略，改善了(le)多種氧化(huà)劑的活化(huà)效率，實現了(le)有機污染廢水的高效處理(lǐ)，爲新(xīn)型高級氧化(huà)工藝催化(huà)劑的設計與優化(huà)提供了(le)新(xīn)思路(lù)。
該課題組通過紫外誘導改性方法成功将光激發氧空位（OVs）引入Co3O4（OV-Co3O4）中，以促進亞氯酸鹽（ClO2–）的活化(huà)過程。密度泛函理(lǐ)論計算(suàn)表明，OVs導緻低(dī)配位Co原子(zǐ)的産生(shēng)，通過氧原子(zǐ)俘獲作(zuò)用可定向錨定ClO2–。首先，ClO2–經過O-Cl裂解，将解離的O原子(zǐ)轉移到低(dī)配位的Co原子(zǐ)上(shàng)，形成具有較高自旋态的≡Co(IV)=O；≡Co(IV)=O從ClO2–中提取一(yī)個電子(zǐ)生(shēng)成二氧化(huà)氯（ClO2），并伴随着Co原子(zǐ)返回較低(dī)的自旋狀态。本工作(zuò)提出了(le)一(yī)種通過構築光激發OVs作(zuò)爲氧原子(zǐ)俘獲位點，以此來強化(huà)非均相高級氧化(huà)過程，并爲通過缺陷工程調控≡Co(IV)=O的形成提供了(le)新(xīn)的見解。該工作(zuò)發表在國際知名期刊Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.（IF=11.1；一(yī)區）上(shàng)，山東大學爲第一(yī)完成單位和通訊單位，博士研究生(shēng)蘇瑞典爲第一(yī)作(zuò)者。
此外該課題組針對鐵循環易受阻、非均相催化(huà)劑制備條件複雜等類芬頓水污染控制技術中的常見難題，以負載有鐵和钼金(jīn)屬離子(zǐ)的纖維素水凝膠爲模闆，設計合成了(le)一(yī)種新(xīn)型鐵钼雙金(jīn)屬碳基催化(huà)劑，實現了(le)類芬頓反應中的有效鐵循環。實驗表明，具有“催化(huà)/助催化(huà)”性能(néng)的複合材料Fe2.5Mo@CNs比等量鐵碳基催化(huà)劑Fe@CNs具有更高的類芬頓活化(huà)性能(néng)和更強的适用性。此外，結合不同表征手段，實驗驗證和理(lǐ)論計算(suàn)證明，Fe2.5Mo@CNs催化(huà)劑中獨特的Fe3Mo3N結構促進了(le)過硫酸鹽（PS）的吸附，降低(dī)了(le)活性物種的産生(shēng)能(néng)壘，進而實現了(le)自由基（如(rú)SO4·-）和非自由基（如(rú)1O2和電子(zǐ)傳遞過程（ETP））的雙重增強。這種一(yī)體化(huà)“催化(huà)/助催化(huà)”複合材料有望爲類芬頓水污染治理(lǐ)提供新(xīn)的促進策略。該工作(zuò)發表在國際知名期刊AdvancedMaterials（IF=29.4；一(yī)區）上(shàng)，山東大學爲唯一(yī)完成單位，博士研究生(shēng)劉震爲第一(yī)作(zuò)者。
上(shàng)述研究得到國家自然科學基金(jīn)委、山東省泰山學者基金(jīn)和山東省科技創新(xīn)重大專項等項目的資助。
