暨南大学朱明山团队: 空位缺陷材料活化过硫酸盐去除水污染最新进展

学术   2024-09-12 11:00   北京  

研究背景

利用过硫酸盐 (PS) 作为高级氧化技术 (AOPs) 的基石,是消除水体中有机污染物的一种新兴的、强有力的方法,为废水处理提供了一个有前途的解决方案。PS 的高效活化则是过硫酸盐高级氧化技术 (PS-AOPs) 的关键因素,因此,获得性能优异的 PS 催化材料是利用好该技术的重点。通过空位缺陷工程的策略性应用,可以优化催化材料,从而增强 PS 活化。然而,目前对于空位缺陷在促进 PS 活化中的关键作用尚不清楚,限制了空位缺陷材料的理性设计和可控制备。

论文简介

近日,暨南大学朱明山教授课题组综述了空位缺陷材料活化 PS 的最新进展(图1),重点在于阐明空位缺陷在促进 PS 活化中的关键作用,总结 PS 活化的潜在机制,为理解空位缺陷材料促进 PS 活化的机理及其未来的发展提供新的见解,为未来设计更高效的催化剂提供创新思路。

  • 图1. 空位缺陷材料活化过硫酸盐的总概图
PS(包括 PMS 和 PDS)活化的本质涉及电子的获得或损失,通过相应的还原或氧化反应产生一系列活性物种。需要注意的是,空位材料活化 PS 的具体机制和电子来源取决于所使用的材料以及外界反应环境等因素。针对空位缺陷在促进 PS 活化中发挥的关键作用,这篇综述通过结合实验表征和密度泛函理论 (DFT) 计算来进行论证(图2),以便进一步探究其微观机制。六种常用表征空位的先进技术被详细介绍以了解空位在材料中的存在及分布,DFT 计算则为探究空位缺陷对 PS 活化的影响提供了有力的理论证据。

空位缺陷在促进 PS 活化时具有以下重要的作用:可以调节材料表面的电子分布,优化 PS 的吸附;促进催化剂或有机污染物与 PS 之间的电子转移;充当活性位点;调节材料表面的电子分布;有效抑制电子-空穴的复合。

  • 图2. 空位缺陷的表征技术

另外,文章系统的介绍了热活化、光活化、电活化以及压电活化等 PS 活化方法,总结了空位缺陷材料以不同方式活化 PS 的基本原理及相关应用(图3)。PS-AOPs 被证明是一种高效去除废水中有机污染物的方法。此外,它还具有将这些污染物转化为有价值的化工原料 (不包括 CO2) 的潜力。该工作对空位缺陷材料未来的发展提供了新的见解,为未来设计更高效的催化剂提供了创新思路。

  • 图3. 空位材料活化 PS 的方法及应用
该成果以“Emerging investigator series: recent progress on the activation of persulfate by vacancy defect materials: The role of vacancies”(《新锐科学家系列:空位缺陷材料活化过硫酸盐的最新进展:空位的作用》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Environmental Science: Nano 上,并入选为 hot article

论文信息

  • Emerging investigator series: recent progress on the activation of persulfate by vacancy defect materials: the role of vacancies

    Lingfang Tang, Daixi Zhou, Jiayue Hu and Mingshan Zhu*朱明山,暨南大学)

    Environ. Sci.: Nano, 2024, 11, 3230-3249
    https://doi.org/10.1039/D4EN00430B

作者简介

唐玲芳 硕士研究生
暨南大学

本文第一作者,暨南大学环境与气候学院 2022 级硕士研究生,导师为朱明山教授,主要研究方向为过硫酸盐高级氧化技术在水处理中的应用。







朱明山 教授
暨南大学

本文通讯作者,教授,博导,国家优青、广东省杰青项目获得者,广东省“珠江人才计划”青年拔尖人才。2018 年加入暨南大学环境学院。研究方向:环境催化和水污染控制化学。以第一/通讯作者发表 SCI 论文 160 余篇,包括行业内顶级期刊 Nat. Nanotech.Nat. Commun.(2篇)、JACS(2篇)、Angew. Chem. Int. Ed.(5篇)、Adv. Mater.、ES&T(4篇)、Water Res.(3篇)和Appl. Catal. B: Environ.(24篇)等。论文总引用超过 17000 次,H 因子 75,连续入选爱思唯尔 2021-2023 年度中国高被引学者、科睿唯安 2022、2023 年度全球高被引科学家,担任中科院二区期刊 Elsevier 旗下 Surface and Interfaces 主编。

相关期刊

Nano aspects of environmental science and sustainability

rsc.li/es-nano

Environ. Sci.: Nano

2-年影响因子*5.8
5-年影响因子*6.7
JCR 分区*Q1 化学-多学科
Q1 环境科学
Q2 纳米科学&技术
CiteScore 分12.2
中位一审周期44 


Environmental Science: Nano 全面报道具有环境用途的工程纳米材料的设计和应用研究,以及人工与天然纳米材料在生物和环境体系中的相互作用。发文范围包括但不限于:纳米材料在水、空气、土壤、食物和能源可持续性等领域的新应用;纳米材料在生物系统中的相互作用以及纳米毒理学研究;纳米尺度材料的环境宿命、反应性和转化;环境中的纳米尺度过程;可持续性纳米技术,包括纳米材料的合理设计、生命周期评价、风险/效益分析等。

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    🇨🇳 南方科技大学

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    🇮🇱 特拉维夫大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

 CiteScore 2023 by Elsevier
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