《德国应化》报道化学院在环境化学领域最新研究进展

近日，国际知名学术刊物《Angewandte Chemie International Edition》在线报道了我校邢明阳教授课题组在环境污染控制领域最新研究成果，论文题为“Generating High-valent Iron-oxo ≡Fe^IV=O Complexes in Neutral Microenvironments through Peroxymonosulfate Activation by Zn-Fe Layered Double Hydroxides (doi.org/10.1002/anie.202209542)”，并入选了“Peroxymonosulfate Activation Very Important Paper”。

高价铁（≡Fe^IV=O等）作为一种氧化效率高且环境友好的氧化剂，在环境污染控制领域发挥重要作用。然而，高价铁在（类）芬顿反应降解有机污染物体系中的生成及作用机制仍然存在很大争议。中性或碱性条件下，铁离子（≡Fe²⁺或≡Fe³⁺）易发生剧烈水解生成“铁泥”，使得铁离子催化过一硫酸氢钾（PMS）等氧化剂生成高价铁的转化率降低；而酸性条件下，虽然铁离子生成高价铁的利用率提高，但生成的≡Fe^IV=O等高价铁会与氢质子（H⁺）发生副反应重新回到≡Fe³⁺，降低了高价铁的稳定性。因此，开发中性条件下可稳定生成高价铁的高级氧化技术并研究其氧化作用机制，在环境污染控制领域具有重要科学意义与研究价值。

为了克服反应pH值对传统（类）芬顿反应的限制，华东理工大学邢明阳教授团队前期研究发现：通过在非均相芬顿催化剂表面化学负载MoS₂，构建“表面酸性微环境”可显著减少催化剂表面吸附氢氧根（OHˉ）浓度，从而有效抑制表面铁离子发生水解反应，实现了宽pH响应降解有机污染物（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 17155；ESI高被引论文）。近日，邢明阳教授团队利用锌铁水滑石（ZnFe-LDH）中≡Zn(OH)₂两性氧化物的性质，再次成功克服了反应pH值对类芬顿反应的限制。他们采用简单的共沉淀法制备了层状ZnFe-LDH，利用水滑石结构中两性氧化物≡Zn(OH)₂发挥“牺牲剂效应”，成功在水滑石表面构建了具有缓冲作用的“中性微环境”。中性或碱性条件下，≡Zn(OH)₂会竞争消耗催化剂表面吸附的OH¯，显著降低了≡Fe³⁺与吸附OH¯发生水解反应的几率，增加了≡Fe³⁺活化PMS生成≡Fe^IV=O的几率；而酸性条件下，≡Zn(OH)还能竞争消耗催化剂表面吸附的H⁺，有效抑制≡Fe^IV=O与H⁺发生副反应，促进表面≡Fe³⁺催化PMS持续生成≡Fe^IV=O，实现了3.0～11.0的宽pH范围内对酚类、染料类、抗生素类以及实际有机废水的高效降解。

该论文以“华东理工大学”为第一通讯单位，博士研究生鮑延同学为第一作者，邢明阳教授为通讯作者。该论文还得到了欧洲科学院院士张金龙教授的指导，同时感谢化学院练成教授在DFT计算方面的支持。该工作得到了诺奖中心、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、国家自然科学基金等项目的支持。