学术动态

近日，我院吴义强院士团队在国际知名期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》（影响因子:22.1，中科院一区TOP期刊）发表了题为“CNF@Fe3+-PEDOT:PSS/CuCo2O4 hydrogel enabling coupled photocatalysis-PMS activation-Fe3+/Fe2+ redox shuttle for durable antibiotic removal”的研究论文。研究生刘梦为第一作者，吴义强院士、郭鑫教授为通讯作者，LH雷火为论文第一完成单位。该研究得到国家自然科学基金重大项目（32494793）、国家“十四五”重点研发计划（2023YFC3010103-2）等项目的支持。

抗生素在水环境中的持续存在对水处理技术提出了严峻挑战。传统的光催化或过硫酸盐活化技术单独使用时，往往存在效率有限、金属浸出等问题。基于此，团队成功构建了一种纤维素纳米纤丝基多功能水凝胶，实现了光催化、PMS活化与Fe3+/Fe2+氧化还原穿梭的三重协同机制，为高效、持久去除水体中抗生素提供了新策略。该研究通过理性设计，将CNF@Fe3+-PEDOT:PSS导电网络与纳米CuCo2O4嵌入双网络水凝胶框架中，形成了结构稳定、功能集成的CPCuH复合材料。该材料具有三大协同机制：(1)构建Type-II异质结促进光生载流子分离：CNF@Fe3+-PEDOT:PSS与CuCo2O4之间形成Type-II异质结，有效促进了光生电子-空穴对的分离，将载流子寿命延长至5.30 ns，光电流响应提升至原始CuCo2O4的5.1倍。(2)Cu/Co双金属位点协同活化PMS生成自由基：材料中的Cu/Co双金属位点可高效非均相活化PMS，持续产生SO4•−和•OH等活性氧物种，实现对有机污染物的高效氧化降解。(3)固定化Fe3+/Fe2+氧化还原穿梭介导电子转移：锚定在导电网络中的Fe3+/Fe2+对作为电子穿梭体，不仅介导了异质结间的电子转移，还将PMS活化能垒降低了0.43 eV，同时有效抑制了金属离子的浸出 (Fe＜10ppb)。得益于上述三重协同效应，CPCuH对多西环素的降解速率常数高达0.0554 min-1，是原始CuCo2O4的2.2倍。在连续20次循环使用后，仍能保持89%以上的降解活性，且金属浸出量极低。固定床连续流实验进一步验证了其在真实废水处理中的有效性，成本分析表明其运行成本较传统CuO催化剂降低约1.7倍。此外，该材料对双酚A、罗丹明B、四环素等多种污染物也表现出广谱去除能力。该研究不仅开发了一种高性能、低成本的可持续水处理平台，更通过“结构-电子”协同设计策略，为构建兼具高活性、长寿命和低环境风险的催化材料提供了新的设计思路和技术路径。