水中污染物的深度處理及凈化一直是環(huán)境領域的研究熱點。近日，環(huán)境化學領域頂級刊物《Water Research》及《Environmental Science & Technology》先后報道了我校張金龍教授與邢明陽副教授課題組在水污染控制領域的研究工作（原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.8b02403 ；https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135418306705 ）。
芬頓反應作為典型的高級氧化技術（AOPs）被廣泛應用于水中有機污染物的去除。但芬頓反應中H2O2的分解效率仍然處于很低的水平（<30%）。在傳統(tǒng)芬頓反應中往往需要加入大量的H2O2（30～6000 mmol/L）和Fe2+（18～410 mmol/L）來保證生成足夠高濃度的活性物種，這不僅增加了反應成本還使芬頓反應容易中毒。我校張金龍教授與邢明陽副教授課題組前期工作發(fā)現(xiàn)，商品化MoS2具有助催化Fenton反應高效分解H2O2的效應，在一個相對較低的芬頓試劑濃度下，MoS2表面暴露出的還原態(tài)的金屬原子可以加速Fe3+/Fe2+的轉化效率，提高了水中Fe2+的穩(wěn)定性以及H2O2的分解效率（Chem 2018, 4, 1359-1372）。芬頓反應作為一種典型的AOPs，很少有文獻報道其具有還原活性，這主要是因為芬頓反應中鐵離子的循環(huán)效率低導致Fe3+濃度過高，Fe2+濃度過低無法表現(xiàn)出低價態(tài)鐵離子的還原活性。近日，該課題組利用硫化鎢助催化技術首次實現(xiàn)了芬頓反應同步氧化降解苯酚與還原六價鉻（Environ. Sci. Technol., 2018, DOI: 10.1021/acs.est.8b02403）。研究發(fā)現(xiàn)，WS2在光輔助Fe(II)/H2O2芬頓體系中對H2O2的分解有顯著的協(xié)同催化作用。在WS2協(xié)同催化作用下，H2O2的分解效率從22.9%提高到60.1%，標準芬頓反應需要0.4 mmol/L 的H2O2 和0.14 mmol/L的Fe2+的最低濃度。有趣地是，協(xié)同催化芬頓策略可以同時氧化苯酚(10mg /L)和還原Cr(VI) (40mg /L)，相應的氧化降解率和還原率在5分鐘內可分別達到80.9%和90.9%，遠高于常規(guī)的芬頓反應的效率(52.0%和31.0%)。WS2表面暴露的還原W4+活性位點可以大大加快Fe3+/Fe2+轉化的限速步驟，在H2O2的分解和Cr(VI)的還原反應中起關鍵作用。該研究發(fā)現(xiàn)是無機助催化AOPs領域的一個突破，極大地提高了該策略在環(huán)境應用中的實用價值。
另一方面，為了實現(xiàn)對飲用水的深度凈化，該課題組繼續(xù)以MoS2為助催化劑，首次將暗芬頓反應成功應用于飲用水快速殺菌領域（Water Res., 2018, 145, 312-320）。作為一種典型的高級氧化技術，芬頓反應由于羥基自由基(·OH)的強氧化性，在殺菌消毒領域具有廣泛應用前景。但傳統(tǒng)芬頓體系的H2O2分解效率一直較低，從而導致無光條件下芬頓的殺菌消毒效果一直不理想。張金龍教授與邢明陽副教授團隊首次利用MoS2助催化芬頓反應實現(xiàn)了對大腸桿菌K-12和金黃色葡萄球菌的快速殺滅。MoS2作為Fe(II)/H2O2芬頓體系的助催化劑，利用其表面暴露的Mo4+活性位點顯著提高了芬頓反應中Fe(III)/Fe(II)的循環(huán)效率，同時提高了H2O2的分解效率。MoS2助催化芬頓體系可在1分鐘內實現(xiàn)對大腸桿菌83.37%的滅活率，30分鐘內100%的滅活率。本研究為在無光環(huán)境下細菌的快速高效滅活提供了新的思路。
該系列工作分別由博士研究生董陳成及碩士研究生劉俊同學為第一作者，張金龍教授及邢明陽副教授為通訊作者。該工作得到了國家優(yōu)秀青年基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。