近日，國(guó)際知名學(xué)術(shù)刊物Angewandte Chemie International Edition在線報(bào)道了我校化學(xué)與分子工程學(xué)院邢明陽(yáng)教授課題組在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的最新研究成果，論文題為“Generating High-valent Iron-oxo ≡Fe^IV=O Complexes inNeutral Microenvironments through Peroxymonosulfate Activation by Zn-Fe LayeredDouble Hydroxides (doi.org/10.1002/anie.202209542)”，并入選了“Peroxymonosulfate Activation Very Important Paper”。

高價(jià)鐵（≡Fe^IV=O等）作為一種氧化效率高且環(huán)境友好的氧化劑，在環(huán)境污染控制領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。然而，高價(jià)鐵在（類）芬頓反應(yīng)降解有機(jī)污染物體系中的生成及作用機(jī)制仍然存在很大爭(zhēng)議。在中性或堿性條件下，鐵離子（≡Fe²⁺或≡Fe³⁺）易發(fā)生劇烈水解從而生成“鐵泥”，使得鐵離子催化過一硫酸氫鉀（PMS）等氧化劑生成高價(jià)鐵的轉(zhuǎn)化率降低；而在酸性條件下，雖然鐵離子生成高價(jià)鐵的利用率提高了，但生成的≡Fe^IV=O等高價(jià)鐵會(huì)與氫質(zhì)子（H⁺）發(fā)生副反應(yīng)重新回到≡Fe³⁺，從而降低了高價(jià)鐵的穩(wěn)定性。因此，開發(fā)中性條件下可穩(wěn)定生成高價(jià)鐵的高級(jí)氧化技術(shù)并研究其氧化作用機(jī)制，在環(huán)境污染控制領(lǐng)域具有重要科學(xué)意義與研究?jī)r(jià)值。   

為了克服反應(yīng)pH值對(duì)傳統(tǒng)（類）芬頓反應(yīng)的限制，邢明陽(yáng)教授團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)：通過在非均相芬頓催化劑表面化學(xué)負(fù)載MoS₂，構(gòu)建“表面酸性微環(huán)境”可顯著減少催化劑表面吸附氫氧根（OHˉ）濃度，從而有效抑制表面鐵離子發(fā)生水解反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了寬pH響應(yīng)降解有機(jī)污染物（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60,17155；ESI高被引論文）。近日，該團(tuán)隊(duì)利用鋅鐵水滑石（ZnFe-LDH）中≡Zn(OH)₂兩性氧化物的性質(zhì)，再次成功克服了反應(yīng)pH值對(duì)（類）芬頓反應(yīng)的限制。研究人員采用簡(jiǎn)單的共沉淀法制備了層狀ZnFe-LDH，利用水滑石結(jié)構(gòu)中兩性氧化物≡Zn(OH)₂發(fā)揮“犧牲劑效應(yīng)”，在水滑石表面成功構(gòu)建了具有緩沖作用的“中性微環(huán)境”。中性或堿性條件下，≡Zn(OH)₂會(huì)競(jìng)爭(zhēng)消耗催化劑表面吸附的OH¯，顯著降低了≡Fe³⁺與吸附OH¯發(fā)生水解反應(yīng)的幾率，增加了≡Fe³⁺活化PMS生成≡Fe^IV=O的幾率；而酸性條件下，≡Zn(OH)還能競(jìng)爭(zhēng)消耗催化劑表面吸附的H⁺，有效抑制≡Fe^IV=O與H⁺發(fā)生副反應(yīng)，促進(jìn)表面≡Fe³⁺催化PMS持續(xù)生成≡Fe^IV=O，實(shí)現(xiàn)了3.0～11.0的寬pH范圍內(nèi)對(duì)酚類、染料類、抗生素類以及實(shí)際有機(jī)廢水的高效降解。

該論文以“華東理工大學(xué)”為第一通訊單位，博士研究生鮑延同學(xué)為第一作者，邢明陽(yáng)教授為通訊作者。該論文還得到了歐洲科學(xué)院院士張金龍教授的指導(dǎo)，以及化學(xué)學(xué)院練成教授在DFT計(jì)算方面的支持。該工作得到了費(fèi)林加諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家聯(lián)合研究中心、材料生物學(xué)與動(dòng)態(tài)化學(xué)教育部前沿科學(xué)中心、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。