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Haber-Weiss鏈反應，持續(xù)產生各種自由基活性物種。然而，鏈式反應過程中金屬價態(tài)的反復變化，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的非選擇性攻擊，也導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)認為ZrO₂具有非氧化還原特性，在催化氧化領域鮮有報道。

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合物aZrO₂-HSO₅^-形成高氧化還原能力，再由氧轉移路徑降解選定有機物。解析結構-活性定量構效關系，表明aZrO₂的表面羥基含量是主導表面絡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域的新應用提供了依據。

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)境領域知名學術期刊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張煒銘教授和南京農業(yè)大學陸雋鶴教授，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基金（No. 22176088）的支持。