活性氧物种（ROS）可有效实现环境中有机污染物与重金属（如三价砷）的脱毒转化，但传统芬顿反应的ROS生成需消耗大量化学药剂，难以适用于天然水体、土壤等环境中污染物治理。活化分子氧生成超氧自由基（O2−）及其衍生ROS被认为是一种潜在的绿色修复策略，但其产率受催化材料与电子供体的双重制约，是当前天然环境中污染治理所面临的难题。
为此，广东省科学院生态环境与土壤研究所李芳柏研究员团队提出了一种基于可充放电碳基超级电容活化分子氧的新策略。利用动物骨骼中大量磷酸钙与有机组分交织的天然杂化结构，获得含有大量缺陷与官能团（醌基）的碳基超级电容材料。该研究揭示了醌基与分子氧间的单电子快速转移机制，并通过充放电有效实现了ROS的可持续性生成。该机制在多情景下实现了多种污染物的氧化脱毒转化，有望为天然水体、土壤等环境可持续修复提供新的解决方案。
图1 可充放电超级电容材料活化分子氧机制
研究成果发表于Nature water期刊。广东省科学院生态环境与土壤研究所方利平研究员和刘凯博士为论文共同第一作者，广东省科学院生态环境与土壤研究所李芳柏研究员与科罗拉多州立大学Thomas Borch教授为通讯作者，中国环境科学研究院吴丰昌院士参与该工作。该研究获国家基金创新群体项目、中国博士后基金、广东省科学院发展专项等资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s44221-024-00241-6
供稿：省科学院土壤环境所
撰稿：刘凯
审稿：黄丹 董军 罗璇
校稿：徐超 肖捷 章震
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