澎湃新闻·澎湃号·湃客8月6日讯：催化剂效率和稳定性的权衡效应是高级氧化工艺（AOPs）面临的主要挑战。近年来，利用膜法限域催化和电化学阴极再生催化剂策略，清华大学张正华教授课题组陆续取得了一系列的成果（Nature Communications, 2024，391, 15；Energy & Environmental Science, 2024, 17, 655-667; Applied Catalysis B: Environmental, 2023, 322, 122098; Nature Communications，2022, 13, 4010；ACS Catalysis, 2022, 12, 13334-13348; et al.）。

近日，清华大学深圳国际研究生院张正华教授团队以“A sustainable and metal free advanced oxidation process for efficient water purification by electrified reduced graphene oxide membrane”为题在Cell Press细胞出版社旗下期刊Chem Catalysis发表最新成果。这项工作为低成本的碳催化剂用于高效、可持续水净化提供了参考。

研究亮点

提出了一种无金属、可持续的高级氧化膜法水净化技术；

从实验和理论层面阐明了还原氧化石墨烯电催化膜的作用和稳定机制；

非自由基电子转移是污染物降解的主要路径。

研究简介

全球范围内日益严重的淡水短缺和水源污染是一个严峻挑战，使用碳材料的高级氧化工艺作为一种有前途的绿色水净化方案受到越来越多的关注。然而，催化剂效率和稳定性之间的权衡效应仍然是AOPs面临的主要挑战。为了克服这一挑战，这项研究开发了一种可持续、无金属的AOP，通过电催化还原氧化石墨烯（rGO）膜活化过一硫酸盐（PMS）实现，能有效降解水中多种污染物（>90%）、显著降低中间产物毒性（无害出水）、良好的抗水质波动干扰、实现长期稳定运行（>50 h）。外加电场维持了rGO形貌结构，并且在阴极促进了rGO的C-O/C=O官能团的氧化还原循环，C-O官能团的电化学再生为rGO-PMS*的形成提供了可持续的活性位点，从而保证了rGO膜的长期稳定性。此外，电催化rGO膜过滤系统的停留时间短（1.87 s），能耗低（0.07 kWh/m3）。这项工作为低成本的碳催化剂用于高效、可持续水净化提供了参考。（本刊有删节）详情见CellPress细胞科学官网

图1. 图形摘要。