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10
2026
-
06
EST: 把反应“分区进行”，Janus催化膜实现多污染物降解
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背景
抗生素、酚类等微污染物在水环境中广泛存在，具有难降解、低浓度却高风险的特点，传统水处理工艺难以有效去除。*氧化技术（AOPs）虽可通过活性氧物种实现污染物矿化，但在复杂水体系中却面临关键问题：反应选择性差 + 多污染物竞争严重。尤其是当多种小分子污染物共存时，它们会竞争活性位点、相互干扰，导致反应效率下降。此外，传统催化膜通常只有单一反应区，使所有反应在同一空间发生，进一步加剧竞争效应，限制整体处理效率。
创新
近日，哈尔滨工业大学吕东伟教授团队提出“Janus反应区催化膜策略”，通过空间分区实现反应路径的调控：
双面异质结构设计（Janus膜）：构建碳纳米管（CNT）层与镍（Ni）层组成的双反应区，实现功能分区；
空间分离反应机制：
CNT层：主导直接电子转移（DET）反应；
Ni层：主导单线态氧（¹O₂）氧化反应；
顺序降解路径构建：
第一阶段：DET优先攻击酚类污染物（如苯酚）；
第二阶段：¹O₂选择性降解抗生素（如土霉素）；
非自由基路径优势：避免传统自由基易被淬灭的问题，提高体系稳定性与选择性；
竞争效应有效抑制：不同污染物在不同区域反应；减少对活性位点的竞争；
性能显著提升：苯酚去除率达100%；土霉素去除率达93.7%；在复杂水体系中仍保持稳定；
机制清晰可控：通过DFT计算与中间产物分析验证两步反应路径。
意义
该工作通过“空间反应区工程”解决多污染物体系中的竞争与干扰问题，实现了从“同时反应”向“顺序反应”的转变。相比传统催化膜，这种设计能够调控不同污染物的降解路径，从而显著提升整体效率与选择性。更重要的是，该策略基于非自由基反应路径，具有更强的抗干扰能力与稳定性，为复杂水环境处理提供了更可靠的解决方案。同时，这种“反应分区”的理念具有广泛通用性，可拓展至多种催化与分离体系。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/ebRLS86lxsm0MDgsrpi2tA
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