2024年10月29日，河北农业大学植物保护学院张金林教授团队在环境科学国际期刊Applied Catalysis B-Environmental and Energy （中科院1区TOP，2023年影响因子20.2）上在线发表了题为“Ultrastable Cobalt-Based Chainmail Catalyst for Degradation of Emerging Contaminants in Water”的研究论文，该研究介绍了一款名为Co-NC900的新型钴基锁子甲催化剂，它对包括吡虫啉在内的32种新兴污染物表现出卓越的降解能力，为治理水体中农药等新兴污染物的问题提供了重要的理论基础。河北农业大学植物保护学院2024届农药学已毕业博士生杨冬臣为该论文第一作者，河北农业大学张金林教授和高书涛教授为通讯作者，河北农业大学为唯一通讯单位。该文章是杨冬臣博士在前期首次利用铜基纳米酶可高效降解烟嘧磺隆等磺酰脲类除草剂污染（Journal of Hazardous Materials., 443 (2023) 130265.）研究基础上取得的新突破。
研究工作得到国家自然科学基金，河北省自然科学基金优秀青年科学基金项目，河北省自然科学基金面上项目，河北农业大学引进人才科研启动基金和河北省博士研究生创新资助项目的资助。项目成果已申请国家发明专利。
钴基催化剂因其在高级氧化过程（AOPs）中降解水体有机污染物的应用而备受关注，但钴离子的溶出问题限制了其广泛应用。本研究通过2,2'-联吡啶辅助热解技术制备了一种超稳定的钴基锁子甲催化剂（Co-NC900）。经透射电镜及同步辐射等多种表征手段验证，该催化剂由碳层包裹的钴纳米颗粒组成，这种结构有效地防止了外部环境对催化剂的破坏，进而避免了钴离子的溶出。
实验数据显示，Co-NC900能够激活过一硫酸盐（PMS），有效去除水中的32种新兴污染物。以吡虫啉为例，该物质在Co-NC900和PMS的共同作用下，仅需5分钟即可实现96.6%的降解率。即使经过15次循环使用，Co-NC900对吡虫啉的去除率依然维持在95%以上，连续使用7天后降解效率仍保持在90%以上，钴离子溶出量仅为0.083 μg/L，远低于中国工业废水排放标准（1 mg/L）和美国再生水标准（50 μg/L），证明了Co-NC900的极高稳定性。
通过密度泛函理论（DFT）计算，研究揭示了Co原子与外层C原子之间的电子转移现象，导致外层C原子呈现金属特性，并通过乒乓机制将电子传递给PMS，激发其产生高活性自由基，从而实现对吡虫啉等新兴污染物的有效降解。
对吡虫啉降解机制及其生态毒性的评估显示，采用Co-NC900/PMS体系可以显著减少吡虫啉对环境构成的风险。这一研究成果为开发高效且稳定的金属催化剂来处理水体中的农药等新兴污染物提供了一个新的解决方案。
张金林教授团队自2006年以来，一直从事环境中农药残留污染修复相关研究工作，多年来系统的研究了农药生物降解和化学降解，特别是在国家自然基金项目（31471786）资助下，取得了一系列创新性研究成果，积累了丰富的研究经验。近年来通过对前期研究工作的深入总结并勇于创新，结合纳米技术、计算化学等技术优势开展交叉学科研究，利用高级氧化技术技术解决环境中农药污染问题，为促进农业可持续发展做出了积极贡献。相关研究成果发表在Applied Catalysis B-Environmental and Energy，Journal of Hazardous Materials，Environmental Pollution等期刊。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337324010828
