《上海科技報》華東理工大學在環境化學領域研究取得新進展

近日，華東理工大學邢明陽教授課題組在環境汙染控制領域取得最新研究進展，研究成果以《通過缺陷調控實現硫化鈷對水中有機汙染物的長效降解》為題，發表在德國化學會知名學術刊物《德國應用化學》上。

水環境保護是當前人類社會的熱點議題之一。在眾多水汙染處理手段中，高級氧化技術憑藉其強大的氧化能力，被廣泛應用於處理水環境中難降解的有機汙染物。然而，傳統高級氧化技術中所使用的強氧化劑（如雙氧水等）的存儲和運輸具有一定的安全隱患。多年以來，相關的安全事故時有發生，給個人和社會造成了巨大損失。此外，這些氧化劑往往需要額外的能量或催化劑來活化分解產生活性氧物種（ROSs），雖然反應迅速（需要不斷補加氧化劑），但易發生催化中毒，無法實現對有機汙染物的長效降解。

為了克服上述難題，近日，華東理工大學的邢明陽教授團隊通過簡單超聲處理商品化的二硫化鈷（CoS2，Alfa Aesar Chemical Co., Ltd.），得到了表面富含缺陷電子的CoS2-x，並構建了CoS2-x/Fe2+體系來持續原位產生H2O2及單線態氧（1O2），實現了對水體中羅丹明B（RhB）、苯酚、磺胺嘧啶等有機汙染物的長效降解。超聲處理後的CoS2-x表面富含缺陷，缺陷上的電子可活化氧分子生成超氧自由基（•O2-）和H2O2。在CoS2-x表面暴露的Co4+/Co3+的強氧化作用下，•O2-被迅速轉化成1O2。相對於羥基自由基（•OH，2.8V，皮秒級），1O2（2.2V，微秒級）雖然氧化能力相對弱一些，但其具有更長的壽命以及更遠的遷移距離。犧牲劑實驗表明，降解反應中起主要氧化作用的是1O2和•OH。但EPR表徵並未得到•OH的信號，這說明1O2對於保持降解體系的長效性發揮重要作用。此外，Fe2+的加入可進一步促進·O2-向1O2的轉化，而CoS2-x表面的缺陷電子可實現Fe3+/Fe2+的穩定循環。CoS2-x/Fe2+體系對染料、抗生素以及苯系物均展現了優異的降解效果，在有限時間內可達到100%的降解率。連續降解實驗結果顯示，CoS2-x/Fe2+體系可實現對RhB（360 mg/L)連續30天的高效降解，而已報導的CuPx體系（•OH為主要ROS）在反應第3天即出現失活。眾所周知，基於•OH的傳統高級氧化技術（芬頓等）雖然能快速降解汙染物，但也會殺死微生物破壞生態系統，因此不適用於治理河流汙染。而作者開發的基於1O2的CoS2-x/Fe2+技術，反應溫和，過程平穩且持續時間長，有望未來應用於對河流汙染的長效治理。

該論文以「華東理工大學」為第一通訊單位，博士研究生嵇家輝同學為第一作者，邢明陽教授為通訊作者。該論文還得到了歐洲科學院院士張金龍教授的指導。該工作得到了諾獎中心、材料生物學與動態化學教育部前沿科學中心、國家自然科學基金優秀青年基金及國家重點研發計劃等項目的支持。