污染物内能利用激发自然溶解氧活化实现无需外能消耗的水自净化
天然水体中的难降解有机污染物会对公共水安全构成威胁，目前的水处理技术主要是通过大量能量和药剂的输入去生成强氧化性的活性氧物种攻击污染物，虽然具有一定的去除效果，但长此以往会耗费巨大资源和能源。
近日，在发表于Environmental Science and Ecotechnology第20期的一项研究中，来自广州大学的吕来教授课题组提出了一种新的水处理策略：通过合成一种表面具有双反应中心（DRC）的碳纳米线负载CoFe量子点催化剂（CoFeQds@GN-Nws），构建了一个无需外加能量和药剂的水自净化体系来实现水中污染物的高效低耗去除。据研究，Fe和Co物种对基底原子的晶格取代，显著改变了量子点表面电子极化分布，产生表面极性强化的贫富电子微区。基于这种DRC量子点催化剂构建的水自净化体系，在水中自然溶解氧的协助下即可驱动污染物在催化剂表面缺电子区的供电子效应，使污染物快速发生表面裂解从而实现水的自净化。这种策略的实施，在常温常压下即使没有氧化剂的输入，双酚A、阿特拉津和罗丹明B等难降解的有机污染物可在30分钟内几乎完全去除，此外也不受pH、盐分或天然水体中天然有机物等真实水体环境的干扰。该研究在发表后得到了Newswise、Phys.org、Today Headline、Smart Water Magazine、AZoMaterials、EurekAlert等国际科技新闻媒体的广泛关注。
这一过程不仅能利用有机污染物作为电子供体使其发生表面裂解，还能使水中溶解氧得到电子而被活化生成活性氧物种，从而提高污染物的去除效率。本研究揭示了CoFeQds@GN- Nws表面具有的阳离子-π结构和电子极化分布的双反应中心结构是自净化机制形成的关键，分析了污染物、量子点和溶解氧之间的电子快速转移过程，这一机制有效地利用了废水中内能完成了高效低耗的自净化过程。
作者信息
第一作者 石宇豪，硕士研究生，广州大学大湾区环境研究院，主要研究方向为催化剂表面双反应中心构建及水净化机制研究与应用；杨东旋，硕士研究生，广州大学大湾区环境研究院，主要研究方向为多相催化水处理新技术研发与应用。
通讯作者 吕来，教授，博士生导师，广州大学大湾区环境研究院副院长、环境科学与工程学院副院长，主要致力于低能耗水净化与废污资源化新技术研究与应用。
论文ID
原文题目 Water self-purification via electron donation effect of emerging contaminants arousing oxygen activation over ordered carbon-enhanced CoFe quantum dots
引用信息 Shi, Y., Yang, D., Hu, C., & Lyu, L. (2024). Water self-purification via electron donation effect of emerging contaminants arousing oxygen activation over ordered carbon-enhanced CoFe quantum dots. Environmental Science and Ecotechnology 20: 100356.
doi: 10.1016/j.ese.2023.100356
国际著名科技新闻媒体报道链接：
Smart Water Magazine链接：https://smartwatermagazine.com/news/maximum-academic-press/water-self-purification-achieved-electron-donation-novel-catalyst
EurekAlert链接：https://www.eurekalert.org/news-releases/1032287
AZoM链接：https://www.azom.com/news.aspx?newsID=62465
Today Headline链接：https://todayheadline.co/novel-catalyst-enables-sustainable-wastewater-treatment/
Phys.org链接：https://phys.org/news/2024-01-purification-electron-donation-catalyst-enables.html
Carbon Chemist链接：https://carbonchemist.com/novel-catalyst-enables-sustainable-wastewater-treatment/
The Graphene Council链接: https://www.thegraphenecouncil.org/blogpost/1501180/497464/Water-self-purification-achieved-via-electron-donation-Novel-catalyst-enables-sustainable-wastewater-treatment?tag=Graphene+News
