我院刘艳彪教授课题组在环境领域顶刊ES&T上发表封面文章
发布时间：2023-06-14
近日，我院刘艳彪课题组在流体电化学领域取得新进展。相关成果以“Copper nanowire networks: An effective electrochemical peroxymonosulfate activator toward nitrogenous pollutants abatement”为题发表在环境领域顶刊《Environmental Science & Technology》上，并入选期刊封面。
含氮芳香族杂环化合物具有低浓度、高毒性和难降解等污染特征，如何高效去除这类污染物是环境领域的研究热点与难点。基于过硫酸盐（PMS）活化的高级氧化技术已被证明是一种有前景的水处理技术。然而，缓慢的反应动力学和额外的化学品投加极大限制了该技术的实际应用。
针对以上问题，刘艳彪教授团队研发了一种选择性去除水中含氮污染物的流体电化学系统。该团队设计制备了兼具高导电性和多孔性的铜纳米线（CuNW）材料，可同时作为催化剂、膜电极和过滤介质使用。在辅助电场作用下，暴露的Cu{111}晶面可靶向诱导原子氢（H*）生成，进而促使PMS过氧键裂解为自由基（如HO•和SO4•−）。同时，在含氮污染物（如磺胺甲恶唑，SMX）的参与下，SMX分子的含N基团和Cu位点间相互作用原位形成Cu−N键，有效降低了Cu位点处的电子密度。活性Cu位点处电荷的变化使其更容易从PMS处提取电子，进而加速PMS的氧化进程。该技术具有良好的操作稳定性，对系列含氮污染物均具有优异的选择性降解性能。
（铜纳米线的制备、表征和性能测试）
（体系的机理图）
本研究结合了环境电化学、膜分离和材料科学的技术与原理，构建了新型流体电化学反应系统，同时耦合了H*介导的PMS还原和Cu−N键诱导的PMS氧化过程，实现了PMS的高效活化和含氮污染物的选择性、高效率降解，研究成果有望为高效水净化系统的研发和运行提供新的借鉴和参考。
本文第一作者为至尊全讯55505022级博士生郑文天，刘艳彪教授为论文通讯作者，至尊全讯555050为通讯单位。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c03201.
