環(huán)境學(xué)院朱云慶團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)催化降解水中新興污染物和去除硝酸鹽技術(shù)方面取得系列成果

近期，我校環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院朱云慶副教授課題組在光/電催化降解水中新興污染物和去除硝酸鹽技術(shù)方面取得系列成果，在國(guó)際權(quán)威期刊Applied Catalysis B: Environmental(IF: 24.319)、Separation and Purification Technology(IF: 9.136)、Nanoscale(IF: 8.307)、pplied Surface Science(IF:7.392)和Chinese Chemical letters(IF: 8.455)等發(fā)表多項(xiàng)成果，為新型電極材料微納尺度構(gòu)筑、新興污染物的降解和水中氮污染治理提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持，部分研究成果如下。

【成果1】電化學(xué)誘導(dǎo)氧化亞銅陰極原位重構(gòu)實(shí)現(xiàn)水中硝酸鹽高效去除

開(kāi)發(fā)高效穩(wěn)定的電催化劑是實(shí)現(xiàn)硝酸鹽（NO₃^?）污染水體電化學(xué)脫氮的關(guān)鍵，對(duì)緩解人為造成的自然界氮循環(huán)失衡具有重要的環(huán)境意義。揭示電催化反應(yīng)過(guò)程中催化材料的演變和識(shí)別真實(shí)的活性位點(diǎn)，對(duì)于設(shè)計(jì)和制備高效電催化劑具有重要指導(dǎo)意義。朱云慶副教授等通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論模擬探究了電催化硝酸鹽還原過(guò)程中氧化亞銅（Cu₂O）的演變過(guò)程和催化還原機(jī)理，并揭示了NO₃^?在重構(gòu)催化劑Cu₂O/Cu表面的吸附和還原過(guò)程。針對(duì)實(shí)際硝酸鹽廢水的脫氮需求提出了“NO₃^?→ NH₄⁺→ N₂”兩階段去除路線，為Cu基催化材料的工程應(yīng)用提供了新的材料基礎(chǔ)和理論支撐。該成果發(fā)表于環(huán)境領(lǐng)域Top期刊《Applied Catalysis B: Environmental》，我校2019級(jí)博士生周建軍為第一作者，陜西科技大學(xué)為第一單位和通訊單位。

【成果2】Pt摻雜和金屬載體強(qiáng)相互作用增強(qiáng)DSA電極電催化降解水中PFOA的效果

針對(duì)電催化反應(yīng)中貴金屬催化劑成本高、廉價(jià)催化劑活性低和壽命短的問(wèn)題，發(fā)展電化學(xué)催化材料表面微結(jié)構(gòu)以及催化劑化學(xué)組成的調(diào)控方法，從分子尺度調(diào)節(jié)催化活性位點(diǎn)的組成和配位微環(huán)境，同時(shí)達(dá)到優(yōu)化活性位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)、提高催化性能以及改善電子傳輸性能和催化電極使用壽命的目的。引入“金屬載體強(qiáng)相互作用”的催化劑設(shè)計(jì)概念，創(chuàng)新水相法制備單分散Pt納米顆粒，改進(jìn)傳統(tǒng)的Ru-Ir復(fù)合電化學(xué)催化電極，設(shè)計(jì)了Ru-Ir金屬氧化物包覆Pt納米顆粒的新型電化學(xué)催化電極，調(diào)控電化學(xué)催化過(guò)程的活性中心和配位微環(huán)境，進(jìn)而發(fā)展出了具有高催化活性、高電荷傳輸性能、高使用壽命的電催化電極材料，將原始Ru-Ir復(fù)合材料電化學(xué)催化分解和礦化有機(jī)污染物的活性和壽命都大幅提高（電催化反應(yīng)效率提高30%，電極使用壽命提高1倍）。

【成果3】Pt納米團(tuán)簇的可控制備與RuO₂-IrO₂共同電催化降解水中四環(huán)素

Pt原子級(jí)工程以實(shí)現(xiàn)最小的Pt用量和最大的電催化性能是一種有效的電催化劑設(shè)計(jì)策略。本工作展示了一步合成超小的L-半胱氨酸保護(hù)的Pt納米團(tuán)簇（NCs）并與RuO₂-IrO₂共同電催化降解四環(huán)素的路線。得益于巰基配體的保護(hù)和原子精密結(jié)構(gòu)，該納米團(tuán)簇電催化劑不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的抗燒結(jié)性能，而且對(duì)四環(huán)素的降解表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化活性（降解效率為100%，礦化率為73.8%）和高穩(wěn)定性，證明了Pt NCs催化劑在實(shí)際技術(shù)條件下工業(yè)電化學(xué)氧化的應(yīng)用潛力。此外，通過(guò)使用液相色譜-質(zhì)譜法識(shí)別降解中間產(chǎn)物，提出了四環(huán)素的電催化降解機(jī)制。這項(xiàng)工作為提高Pt基電催化劑的電催化性能提供了一種有效的原子級(jí)工程策略，對(duì)抗生素污染廢水的環(huán)境修復(fù)具有重要意義。

【成果4】Ag單原子修飾S_1.66-N_1.91/TiO_2-x光催化活化過(guò)硫酸鹽降解雙酚A

本研究通過(guò)在S,N-TiO_2-x納米復(fù)合材料上原位光還原銀，合成了單原子光催化劑Ag_0.23/(S_1.66-N_1.91/TiO_2-x)，并在可見(jiàn)光照射下，促進(jìn)了孤立的Ag原子從Ag⁺還原為Ag⁰，即通過(guò)過(guò)硫酸鉀的異質(zhì)活化作用降解雙酚A(BPA)。并且利用一系列表征來(lái)評(píng)估其結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、形態(tài)和電子特性。結(jié)果證明，Ag_0.23/(S_1.66-N_1.91/TiO_2-x)擁有高效的光生載體分離和運(yùn)輸能力，促進(jìn)高的SO₄·-和·OH自由基產(chǎn)率。電子順磁共振實(shí)驗(yàn)表明，SO₄·-和·OH共同參與了BPA的降解。Ag_0.23/(S_1.66-N_1.91/TiO_2-x)單原子光催化劑對(duì)BPA的協(xié)同降解活性比同類(lèi)產(chǎn)品高2.4倍，雙酚A的礦化率也達(dá)到48.73%。

新聞小貼士：

朱云慶，博士，副教授，博導(dǎo)。研究方向水污染控制工程和光/電催化技術(shù)與過(guò)程研究，主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)和省部級(jí)項(xiàng)目8項(xiàng)，企業(yè)委托研究項(xiàng)目8項(xiàng)。申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利30余件，授權(quán)10余件，其中授權(quán)美國(guó)專(zhuān)利1件，已轉(zhuǎn)化專(zhuān)利技術(shù)6項(xiàng)。以第一作者或通訊作者在Appl. Catal. B: Environ.、J. Membr. Sci.、Chemosphere、Sci. Rep.等國(guó)內(nèi)外發(fā)表SCI論文30余篇，研究成果成功應(yīng)用于中化集團(tuán)污鹽深度處理項(xiàng)目，博天環(huán)境集團(tuán)、維爾利環(huán)保集團(tuán)等的重點(diǎn)水處理工程項(xiàng)目。應(yīng)邀擔(dān)任Frontiers in Chemistry副主編、Chinese Chemical letters青年編委，并擔(dān)任Appl. Catal. B: Environ.、J. Hazard. Mater.、Chemical Engineering Journal、Applied Surface Science等十余個(gè)國(guó)際權(quán)威期刊審稿人。

（核稿：王念東 編輯：劉倩）