云南大學(xué)蔣峰芝團(tuán)隊在新污染物去除與高級氧化催化材料構(gòu)筑領(lǐng)域取得系列重要進(jìn)展

導(dǎo)讀

近日，云南大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院蔣峰芝教授團(tuán)隊依托化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院、國際河流與生態(tài)安全研究院以及云南新興污染物控制國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，在新污染物去除與高級氧化催化材料構(gòu)筑領(lǐng)域取得系列重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果先后發(fā)表于Environmental Science & Technology、Water Research、Chemical Engineering Journal、Journal of Cleaner Production、Journal of Colloid and Interface Science等國際權(quán)威期刊。該團(tuán)隊針對傳統(tǒng)活化劑（PMS、PAA、H2O2）高級氧化過程中催化選擇性不足、金屬流失風(fēng)險、多污染物協(xié)同去除困難以及復(fù)雜水體適應(yīng)性差等問題，設(shè)計并生成了單原子MOF及普魯士藍(lán)等系列復(fù)合材料，系統(tǒng)闡明了“吸附-催化協(xié)同”“電子轉(zhuǎn)移橋聯(lián)”與“限域空間/氫鍵輔助非自由基路徑”等作用機(jī)制。

一.構(gòu)筑單原子MOF高效降解抗生素機(jī)理研究

研究團(tuán)隊在Environmental Science & Technology期刊上以“Selective Activation of PMS by a Single-Atom MOF in Confined Space: Hydrogen Bond-Assisted Nonradical Pathway and Continuous Flow Verification”為題發(fā)表論文。該研究針對傳統(tǒng)PMS活化過程中自由基路徑選擇性不足、氧化劑利用率不高以及連續(xù)流應(yīng)用穩(wěn)定性受限等關(guān)鍵難題，構(gòu)建了具有限域孔道結(jié)構(gòu)的單原子Co SA-MOF催化體系，提出了“氫鍵輔助+污染物介導(dǎo)雙電子轉(zhuǎn)移”驅(qū)動的非自由基活化新機(jī)制。研究結(jié)果表明，材料中的孤立Co(II)/Co(III)位點(diǎn)與未配位N-H基團(tuán)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，可顯著降低Co(IV)=O生成及其向單線態(tài)氧轉(zhuǎn)化的能壘，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PMS的高效、選擇性非自由基活化；該體系具有極低的Co浸出量，且環(huán)境足跡優(yōu)于Co3O4/PMS體系，為構(gòu)筑高效、綠色、可工程化應(yīng)用的新型PMS催化材料提供了新思路與理論支撐。

研究團(tuán)隊在Chemical Engineering Journal期刊上以“Synergistic adsorption-catalysis system based on the advanced oxidation technology of single-atom MOFs: Selective degradation and contribution to different ionization potential pollutants”為題發(fā)表論文。該研究針對復(fù)雜水體中多種新污染物共存條件下催化選擇性不足、不同結(jié)構(gòu)污染物降解差異顯著等關(guān)鍵問題，設(shè)計合成了Zn、Co、Cu三種單原子M-N4-C型MOF，提出了“吸附-催化協(xié)同”驅(qū)動的選擇性氧化策略。研究結(jié)果表明，該體系依托Co-N4位點(diǎn)建立電子傳遞通道，其中低電離勢污染物主要由單線態(tài)氧主導(dǎo)降解，而高電離勢或位阻較大的污染物則需要多種活性物種協(xié)同作用。該研究從污染物電離勢差異和界面吸附行為角度出發(fā)，深化了對單原子MOF選擇性催化降解機(jī)制的科學(xué)認(rèn)識，也為復(fù)雜新污染物體系的精準(zhǔn)去除提供了重點(diǎn)理論依據(jù)。

此外，研究團(tuán)隊在Journal of Cleaner Production及Journal of Colloid and Interface Science發(fā)表的相關(guān)論文，分別闡明了對應(yīng)MOF材料高催化活性的內(nèi)在機(jī)理與降解路徑選擇規(guī)律。

二.鈷鐵普魯士藍(lán)類似物降解污染物的效能及機(jī)理研究

研究團(tuán)隊在Water Research期刊上以“Two-dimensional Prussian blue analog-based catalytic membrane for effective decontamination of micropollutants”為題發(fā)表論文。該研究采用可控配位聚合法制備鈷鐵普魯士藍(lán)類似物Co/Fe?PBA二維納米片，并通過真空抽濾將其固定于聚多巴胺（PDA）改性的親水PTFE膜基底，成功構(gòu)建Co/Fe?PBA/PDA復(fù)合膜體系，有效解決了粉末催化劑難以分離回收的工程應(yīng)用瓶頸。納米片有序堆疊形成納米限域通道，為催化反應(yīng)提供限域空間，可快速活化過氧乙酸（PAA）實(shí)現(xiàn)水體污染物的高效降解去除。

研究團(tuán)隊在Chemical Engineering Journal期刊上以“Millimeter-scale chitosan-supported Co-Fe PBA spheres for efficient PAA activation: Continuous decontamination of emerging contaminants”為題發(fā)表論文。該研究以殼聚糖（CS）為三維聚合物支撐基質(zhì)，設(shè)計制備了CS?CoFe PBA毫米級小球，充分結(jié)合雙金屬PBA優(yōu)異的高PAA活化活性與殼聚糖的包裹限域效應(yīng)，顯著提升了活性物種產(chǎn)率。該毫米級小球材料易于分離回收且在長時間連續(xù)流條件下仍保持高降解效率，為催化材料在實(shí)際環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用提供了新的途徑。

上述系列研究成果均以云南大學(xué)為第一完成單位。資源與環(huán)境專業(yè)博士研究生周思翰為4篇論文（發(fā)表于 Environmental Science & Technology、Chemical Engineering Journal、Journal of Cleaner Production、Journal of Colloid and Interface Science的論文）的第一作者；資源與環(huán)境專業(yè)博士研究生李慧穎為2篇論文（發(fā)表于Water Research、Chemical Engineering Journal的論文）的第一作者。云南大學(xué)蔣峰芝教授為6篇論文的共同通訊作者；其他共同通訊作者分別為中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所聞利平研究員（發(fā)表于Environmental Science & Technology的論文）、昆明理工大學(xué)潘學(xué)軍教授（發(fā)表于Chemical Engineering Journal的論文）、大連理工大學(xué)劉艷彪教授（發(fā)表于Water Research、Chemical Engineering Journal的論文）、云南大學(xué)杜琳教授（發(fā)表于Journal of Colloid and Interface Science的論文）、云南民族大學(xué)羅利軍教授（發(fā)表于Journal of Cleaner Production的論文）。云南大學(xué)王瑞東、楊云、李猛、崔禹潔、肖愛金、王冰雨、王璐瑤、陳政熙、張偉等人為論文共同作者。

該系列研究得到國家自然科學(xué)基金、云南省西南聯(lián)合研究生院科技專項(xiàng)、云南新興污染物控制國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開放基金、云南省興滇英才支持計劃等項(xiàng)目的資助。博士研究生周思翰獲云南省博士生服務(wù)產(chǎn)業(yè)科研創(chuàng)新培育項(xiàng)目資助。

論文鏈接：

Environmental Science & Technology論文: https://doi.org/10.1021/acs.est.5c16779

Chemical Engineering Journal論文: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163031

Journal of Cleaner Production論文: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.143807

Journal of Colloid and Interface Science 論文: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.11.004

Water Research 論文: https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123855

Chemical Engineering Journal論文: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.172043

來源：云南大學(xué)