转自“WeeChem微观化（原创）”

国际知名环境化学家、中国科学院院士、欧洲科学院院士赵进才教授在国际顶级学术期刊《Chem》（IF：19.735）上发表PREVIEW文章（Chem, 2020, https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.06.008），以Highlights形式报道了邢明阳教授课题组在环境化学领域取得的最新研究成果（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 2-11）。

芬顿反应自1894年被报道以来，已经有一百多年的历史。该体系中存在的Fe²⁺和H₂O₂能够产生强氧化性的羟基自由基等活性氧物种（ROS），因此被广泛应用于水中有机污染物的去除。但是芬顿反应中铁离子的循环效率低一直是制约其工业应用的主要问题之一。传统的芬顿反应存在着适用pH范围有限、H₂O₂用量大、易生成铁泥等问题。铁泥中含有大量有毒有害物质，一般被作为“危废”处理，而其处理成本最高可达3000元/吨。因此，近年来针对芬顿反应中助催化剂的研究一直是热点。比如，通过引入光催化技术可以促进芬顿反应中铁离子的循环；醌氢醌（氢醌-对苯二酚）也可以促进Fe³⁺/Fe²⁺循环反应的发生。然而，大部分报道的改性策略都是基于有机配体或有机电子转移介质，且是以均相芬顿反应为主。最近，邢明阳教授等人合作开发可以促进芬顿反应铁离子循环的非均相助催化剂——以硫化钼为代表的“表面缺陷态硫化物”（Chem, 2018, 4, 1359; Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 11297）。研究发现，MoS₂、WS₂及ZnS等硫化物表面暴露的还原态金属中心促进了Fe³⁺/Fe²⁺的循环（如图），使得降解有机污染物的反应速率可以提高到原来的18.5倍。高效的铁离子循环效率及较低的H₂O₂和Fe²⁺用量不仅有效抑制了铁泥的生成，还使得助催化芬顿体系在10次循环反应后依旧保持对有机污染物90%以上的TOC矿化率，远高于传统芬顿体系的效率（~20%）。但这也带来了新的问题，即大多数粉体催化剂的共同缺点是难以在实际应用中回收再利用，尤其是在大规模处理废水时，需要不断的补充催化剂，这不仅会增加反应成本，还存在对环境造成二次污染的风险。

为了克服上述挑战，最近华东理工大学邢明阳教授团队采用简单的浸渍-加热的化学方法，开发了三维硫化钼（3D-MoS₂海绵）助催化芬顿反应体系，实现了对染料类及抗生素类废水的高效处理。氧化石墨烯的引入可以增加MoS₂海绵的机械强度，并有效防止MoS₂的脱落，同时还使海绵表面具有疏水性，有利于催化剂的回收。以Fe³⁺/H₂O₂体系为例，3D-MoS₂海绵的引入，可使其降解芳香族有机污染物的反应速率提高50X倍。3D-MoS₂海绵中纳米花片层堆积和不规则边缘可以提供更多的Mo⁴⁺活性位点，加速Fe³⁺/Fe²⁺的循环，抑制铁泥等二次污染物的形成。3D-MoS₂/Fe²⁺/PMS体系只需一次性加入铁离子，即可实现连续高效处理140 L高浓度磺胺嘧啶废水（120 mg/L），其降解率可达97.87%，该体系可稳定运行16天以上。结果表明，MoS₂等金属硫化物可作为加速芬顿反应的有效助催化剂，其全无机和非均相反应特性使得该技术在芬顿或类芬顿反应降解有机污染物方面具有独特的应用前景。当然，研究学者仍然需要对助催化芬顿的反应机理进行更深入的研究，比如S^2-在反应过程中的作用机制等。此外，MoS₂助催化芬顿反应处理复杂废水的条件优化，及其与其它污水处理技术的复配仍然是未来研究的重点。