賈漢忠教授團(tuán)隊(duì)在環(huán)境自由基方向取得新進(jìn)展

近日，我院賈漢忠教授團(tuán)隊(duì)在環(huán)境持久性自由基方向取得新的進(jìn)展，研究成果以“Facet-dependentphoto-degradation of nitro polycyclic aromatic hydrocarbons on hematite under visible light: Participation of environmentally persistent free radicals and reactive oxygen/nitrogen species”為題在《Applied Catalysis B-Environmental》上發(fā)表。該論文重點(diǎn)研究了多環(huán)芳烴衍生物在納米金屬礦物界面的光化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了該過(guò)程存在持久性自由基和活性物種的形成。資源環(huán)境學(xué)院賈漢忠教授為該論文的通訊作者，博士研究生倪正為論文第一作者。

硝基多環(huán)芳烴（NPAHs）作為多環(huán)芳烴的常見(jiàn)衍生物，在自然環(huán)境介質(zhì)中被廣泛檢測(cè)到，目前有關(guān)NPAHs在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化歸趨行為及其去除方法引起了較大的關(guān)注。在這項(xiàng)工作中，賈漢忠教授團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地探索不同晶型赤鐵礦界面NPAHs的光化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程與機(jī)制。結(jié)果表明，赤鐵礦的結(jié)構(gòu)特性與NPAH的分子化學(xué)性質(zhì)共同影響兩者之間的界面作用，從而調(diào)控了界面污染物分子的轉(zhuǎn)化速率與路徑。特別是闡明了NPAHs光化學(xué)過(guò)程的晶面依賴(lài)性，即赤鐵礦納米立方體（HNC）晶體表面的降解效率明顯高于赤鐵礦納米板（HNP）表面。這是因?yàn)镠NC具有更高的路易斯酸位點(diǎn)暴露密度和更大的活性氧（ROS）產(chǎn)生量，從而加速了NPAHs的光化學(xué)降解速率。

研究證實(shí)了NPAHs可轉(zhuǎn)化形成環(huán)境持久性自由基（EPFRs）——一類(lèi)毒性更強(qiáng)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)，且HNC上EPFRs的產(chǎn)生量明顯高于HNP，說(shuō)明EPFRs的形成同樣存在晶面依賴(lài)性。通過(guò)周期性密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明，自由基中間體在HNC表面比HNP表面更容易穩(wěn)定，進(jìn)一步證實(shí)不同晶面EPFRs的產(chǎn)生速率和穩(wěn)定性不同，所以引起不同的累積量。同時(shí)，NPAHs的降解也伴隨著各種活性物種的形成，除了傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的ROS，本研究還發(fā)現(xiàn)了活性氮物種（RNS）的產(chǎn)生，他們不但是NPAHs轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物，而且也參與了NPAHs的降解過(guò)程。同時(shí)表明，我們?cè)谡J(rèn)識(shí)污染物轉(zhuǎn)化的同時(shí)，還要密切關(guān)注其中間態(tài)產(chǎn)物（如EPFRs和RNS）可能帶來(lái)的新的風(fēng)險(xiǎn)。這些研究發(fā)現(xiàn)為全面認(rèn)識(shí)NPAHs的環(huán)境化學(xué)行為過(guò)程和赤鐵礦光催化劑在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。

該研究得到國(guó)家和陜西省有關(guān)項(xiàng)目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121816

                                                                                                                                                      編輯：趙杰

                                                                                                                                                     終審：李志