統(tǒng)過渡金屬（Fe、Cu、Co等）通過Mⁿ⁺/M⁽ⁿ⁺¹⁾的氧化還原循環(huán)，誘導(dǎo)Haber-Weiss鏈反應(yīng)，持續(xù)產(chǎn)生各種自由基活性物種。然而，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程中金屬價態(tài)的反復(fù)變化，會引起金屬離子部分溶出；而自由基的自淬滅及其對共存基質(zhì)的非選擇性攻擊，也導(dǎo)致氧化劑利用效率低。氧化鋯（ZrO₂）穩(wěn)定性強、生物相容性良好，作為離子交換劑已被廣泛應(yīng)用于水體砷酸鹽、磷酸鹽、氟離子等污染物的吸附去除。傳統(tǒng)認(rèn)為ZrO₂具有非氧化還原特性，在催化氧化領(lǐng)域鮮有報道。

課題組近期發(fā)現(xiàn)，無定形氧化鋯（aZrO₂）可作為非均相催化劑，誘導(dǎo)過一硫酸鹽活化生成活性氧化物種。以aZrO₂為催化劑，對模型污染物卡馬西平（CBZ）的降解反應(yīng)速率是常見金屬氧化物（Fe₂O₃、Co₃O₄、Mn₃O₄、Fe₃O₄、CuO）催化劑的5.1-72.0倍。研究結(jié)果表明，作為路易斯酸位點，aZrO₂對過一硫酸鹽陰離子（HSO₅^-）具有強吸附親和力，但是HSO₅^-并未斷裂過氧鍵生成自由基，而是通過電子云密度的偏移使表面絡(luò)合物aZrO₂-HSO₅^-形成高氧化還原能力，再由氧轉(zhuǎn)移路徑降解選定有機物。解析結(jié)構(gòu)-活性定量構(gòu)效關(guān)系，表明aZrO₂的表面羥基含量是主導(dǎo)表面絡(luò)合物氧化效率的主要因素，這也解釋了aZrO₂相較于晶型氧化鋯（cZrO₂）具有更高催化效率的現(xiàn)象。該研究發(fā)現(xiàn)為環(huán)境友好型氧化鋯在催化氧化領(lǐng)域的新應(yīng)用提供了依據(jù)。

上述研究以“Amorphous zirconium oxide activates peroxymonosulfate for selective degradation of organic compounds: Performance, mechanisms and structure-activity relationship”為題，在線發(fā)表于環(huán)境領(lǐng)域知名學(xué)術(shù)期刊Water Research (https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119363)。課題組博士生李曉洋為論文第一作者，通訊作者為南京大學(xué)張煒銘教授和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)陸雋鶴教授，共同作者包括碩士生呂若琳、博士生李洺陽、任逸博士、尹越博士、碩士生劉嘉航。本研究得到了國家自然科學(xué)基金（No. 22176088）的支持。