南京理工-李健生团队︱ACB:层状 CoO@MXene/GO 膜调控非自由基路径,实现超快速水质净化

难降解有机污染物和新污染物的持续输入，对水环境安全和再生水利用提出了更高要求。基于过一硫酸盐（PMS）活化的高级氧化技术因反应活性强、适用范围广而受到广泛关注。然而，传统自由基氧化过程主要依赖硫酸根自由基（SO⁴•⁻）和羟基自由基（•OH），这些强氧化物种虽然反应活性高，但通常选择性较低，且易受到氯离子、碳酸氢根、天然有机质等水体背景组分的竞争消耗，从而降低氧化效率并可能产生复杂副产物。相比之下，非自由基氧化路径具有更高的污染物选择性、更强的抗基质干扰能力和更好的氧化剂利用效率，被认为是复杂水体深度净化的重要方向。其中，电子转移过程（ETP）和单线态氧（¹O₂ ）均属于典型非自由基路径，但二者对应的污染物转化行为并不相同。ETP 通常诱导污染物发生电子氧化，进而形成酚氧自由基并发生偶联聚合，容易导致催化剂表面污染；而¹O₂主导路径更倾向于选择性亲电氧化、芳环开环和进一步矿化，更有利于体系长期稳定运行。因此，如何通过材料结构设计实现非自由基路径的定向调控，是提升 PMS-AOPs 实际应用潜力的关键科学问题。

针对上述问题，南京理工大学李健生教授团队构筑了一种 CoO@MXene/GO 层状限域催化膜。该膜通过将氧化钴修饰的 MXene 纳米片（CoO@MX）插层至氧化石墨烯（GO）层状结构中，形成二维限域纳米通道，实现了 PMS 活化非自由基路径由粉末体系中的ETP向膜体系中的¹O₂主导路径转变。研究表明，该膜对酚类污染物的降解动力学较粉末体系提高约四个数量级，表观速率常数达0.093–0.127 ms⁻¹；在死端过滤模式下，可在 68 ms 的超短水力停留时间内实现磺胺甲恶唑（SMX）的高效去除。相关研究成果发表于 Applied Catalysis B: Environment and Energy。文章第一作者为王云龙，通讯作者为李健生教授。