南京大学环境学院8月22日讯：催化高级氧化是水处理领域最为重要的技术类型之一。利用有机配体调节金属中心的电子结构是调控催化活性的经典策略，然而在以高级氧化为代表的自由基反应中，这一策略因有机配体易降解失效而面临巨大挑战。发展适用于自由基反应体系的配位调控方法对推动面向实际水处理应用的催化氧化技术创新具有重要意义。

臭氧氧化是规模化水处理中广泛应用的高级氧化工艺。南京大学环境学院单超副教授、潘丙才教授课题组选取了臭氧氧化中本身催化惰性但蕴藏催化活性潜力的Ce(III/IV)为目标调控对象，基于有机物在臭氧氧化过程中普遍产生小分子羧酸为主要终端产物的认知，设想部分种类的小分子羧酸有望作为原位内生配体通过配位调控将Ce(III/IV)持续活化为臭氧氧化的催化剂。研究发现，有机物臭氧氧化降解生成的不同种类小分子羧酸配体对Ce(III/IV)的活化效应具有明显差异，其中草酸可作为强效配体显著活化Ce(III/IV)，将臭氧分解速率常数和阿特拉津降解速率常数分别提高11.5倍和5.8倍；同等条件下乙酸并未对Ce(III/IV)表现出明显的活化效应。进一步研究发现，Ce(III)-草酸络合物是强化污染物降解的催化活性物种，草酸配体显著的供电子效应是活化Ce(III/IV)的关键；仅依靠原位持续生成的草酸（无需外源添加），微量Ce(III/IV)即可实现臭氧氧化的自催化矿化和污染物共降解。这一工作突破了外源添加有机配体这一传统调控策略在高级氧化体系中配体易降解失效、有机负荷明显增加的挑战，为探索面向真实应用场景的水处理催化活性调控提供了范例。

研究成果以“In situ ligand-modulated activation of inert Ce(III/IV) into ozonation catalyst for efficient water treatment”为题，发表于知名学术期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2305255120)。论文第一作者为博士生张静，通讯作者为单超副教授和潘丙才教授，张炜铭教授为共同作者。南京大学高性能计算中心为研究的理论计算提供了机时。研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划的资助。