如何能凈化水體中抗生素等有機污染物？同濟大學研究團隊提出了一種全新的解決方案，通過光催化生成自由基的選擇性調控，大大提升了污染物的降解效率。
近日，國際權威學術期刊《美國科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）在線發表了同濟大學環境科學與工程學院凌嵐教授團隊的這一科研成果，論文題為“Harmonizing the cyano-group and Na to enhance selective photocatalytic O2activation on carbon nitride for refractory pollutant degradation”（氰基和鈉協同調控碳氮材料分子氧活化路徑提升污染物降解效率）。
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水體安全直接關乎公眾健康，日益受到廣泛關注。光催化分子氧活化技術能夠在太陽光作用下產生電子和空穴，並將氧氣活化為具有高污染物氧化能力的活性氧物種（如羥基自由基、超氧自由基），從而能解決水體中抗生素等有機污染物的凈化問題。一方面減少光生電子-空穴對之間的相互糾纏，另一方面抑制電子和空穴在傳輸過程中的再複合，能顯著提升光催化分子氧活化過程中的自由基產率，從而提升水體有機污染物的凈化效率。
凌嵐教授團隊以碳氮材料作為研究模板，通過在該材料中同時引入氰基和鈉，製得具有高電子-空穴分離能力的新型材料。研究發現，氰基的引入能吸引光生空穴，從而降低了光生電子-空穴對之間的相互紐帶。在氰基和鈉的協同作用下，電子能快速遷移至反應位點附近。鈉的加入使碳氮材料能捕獲這些遷移中的電子，用於後續的氧氣活化反應，從而極大程度抑制電子和空穴的複合過程。基於上述優勢，這一新型材料展現出了97.6%的自由基選擇性，對抗生素、塑化劑、農藥等污染物均具有良好的去除能力。
該研究對電子和空穴的分離路徑及其遷移過程進行了詳細解析，提出了一種巧妙的材料改性策略，通過同步調控電子和空穴間的相互作用，以及兩者的複合過程，顯著提升了碳氮材料的自由基選擇性，從而增強了水體中有機污染物的降解效率。研究突出了分子氧活化選擇性在環境治理方面的重要作用，提供了一種全新的污染物控制思路，解決了傳統水處理過程中污染物去除率低的難題。
凌嵐教授為該論文的通訊作者，直博生徐銘楷為第一作者，論文的合作作者包括同濟大學環境科學與工程學院的本科畢業生王瑞兆、博士畢業生傅浩洋以及上海交通大學的博士後石彥彪。
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