邢明阳教授课题组在环境化学领域重要研究进展

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近期，国际知名化学类期刊Angew. Chem. Int. Ed.以“Constructing an Acidic Microenvironment by MoS2 in Heterogeneous Fenton Reaction for Pollutant Control（DOI: 10.1002/anie.202105736）”为题，在线报道了我校邢明阳教授课题组在环境污染控制领域最新研究成果。
        Fenton（芬顿）反应是为数不多的以人名命名的无机化学反应之一，已有100多年的历史，至今仍在环境、生命科学等领域发挥着重要作用。对于非均相芬顿反应，催化剂表面铁离子（≡Fe3+/≡Fe2+）的循环是决定其活性的关键因素。而传统非均相芬顿催化剂如商品化Fe2O3、Fe3O4、CoFe2O4等，即使在pH=4.0的宏观酸性反应条件下，其发生类芬顿反应降解有机污染物的活性依然很低（图1b），这主要是因为这些铁氧化物表面是“惰性”的，其表面≡Fe3+/≡Fe2+循环效率低，导致≡Fe2+分解H2O2的效率一直处于很低的水平。

        为了激活这些表面“惰性”的芬顿催化剂，近日，我校邢明阳教授团队通过在CoFe2O4等铁氧化物表面化学键合MoS2（图a），构建了一个“酸性微环境”，成功促使“惰性”的芬顿催化剂变得“活泼”起来（图b）。采用一步水热法制得的CoFe2O4/MoS2芬顿催化剂在宽的pH（pH=3.0～9.0）值范围内，均表现出优异的分解H2O2降解苯酚的活性（图c）。与传统均相芬顿体系（Fe2++H2O2）以及物理混合体系（CoFe2O4+MoS2）相比，即使在pH=7.0的缓冲溶液中，CoFe2O4/MoS2体系依旧表现出更加稳定的表面≡Fe3+/≡Fe2+循环（图d）以及更加优异的降解苯酚的活性（图e）。此外，在无需外加酸碱调节体系pH值的前提下，CoFe2O4/MoS2体系可高效处理实际工业废水（北京建工集团土壤修复产生的硝基苯类废水，COD：428 mg/L）。处理后的出水COD降至153 mg/L（图f），铁泥量显著减少，且出水依然保持中性，无需加碱回调pH。通过XPS、FT-IR等表征结合Zeta电位测试发现，CoFe2O4与MoS2之间的化学复合主要通过生成Fe-S-Mo、Fe-O-Mo等化学键实现的。MoS2纳米片边缘具有丰富的不饱和硫（低配位S），低配位S具有捕获质子的性质，使得CoFe2O4/MoS2表面H+的浓度升高，从而在催化剂粒子的“剪切面（slipping plane）”附近构建了一个“酸性微环境”。DFT理论计算发现（图h），化学键合MoS2后，CoFe2O4表面Fe-O键的键长会随着表面H+浓度的增加而显著变长（从1.93 Å增长到2.16 Å）。也就是说，“表面酸性微环境”的构建使得催化剂表面Fe-O等化学键更容易断裂，显著促进了“Stern层”和“剪切面”处的≡Fe3+/≡Fe2+循环。催化剂表面铁离子循环效率的提高，抑制了铁泥的生成，使得催化剂表面一直暴露“新鲜的”发生芬顿反应的“活性位点”。该研究通过揭示芬顿催化剂表面微环境对芬顿反应的作用机制，证实了多相催化剂表面“酸性微环境的”存在，使得非均相芬顿反应真正摆脱了pH的限制，有望拓展芬顿技术的应用范围。
       该论文以“华东理工大学”为第一通讯单位，博士研究生闫青云为第一作者，邢明阳教授为通讯作者。论文得到了欧洲科学院院士张金龙教授的指导，以及化学院练成研究员在DFT计算方面的支持。该工作得到了诺奖中心、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、国家自然科学基金优秀青年基金及国家重点研发计划等项目的支持。
        原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202105736


        文章来源：华东理工大学
        邢明阳，男，1985年12月出生于临沂，华东理工大学应用化学专业博士毕业，华东理工大学副教授，博士生导师（破格），民盟中央青年委员。2015年10月至2016年10月在美国加州大学河滨分校做访问学者。国家优秀青年基金获得者（2018），国家重点研发计划青年项目获得者（2016），中国感光学会光催化专业委员会青年委员，SCI期刊《Chinese Chemical Letters》青年编委。主要研究领域：（1）光催化协同Fenton反应等高级氧化技术（AOPs）处理难降解有机污染物废水的研究；（2）光还原CO2；（3）光解水产氢。迄今，共发表SCI论文70余篇，被引近5000次，“h-index”为40。以第一/通讯作者在包括CHEM, Chem. Soc. Rev., Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., Adv. Funct. Mater., J. Photoch. Photobiol. C, Mater. Horiz., Appl. Catal. B, Water Res., Environ. Sci. Technol.等国际学术期刊上发表SCI论文60篇，其中，影响因子>10.0论文19篇，13篇入选“ESI高被引论文”，4篇入选“ESI 0.1%热点文章”，2篇入选期刊封面论文，参编英文专著3部，授权发明专利5项。多项研究工作被“National Science Review”、“Phys.org”、“WATER ONLINE”等学术媒体亮点介绍。主持国家级科研项目5项，获得2017年上海市自然科学奖一等奖（第二完成人），以及上海市“浦江学者”、“晨光学者”等荣誉与奖励。