随着城市化和工业化的快速发展，有毒物质的大量排放已成为一个全球面临的重大挑战。工业废弃物和农用化学品等各种污染物广泛存在于废水、河流和地下水中，直接或间接地影响包括人类在内的各种生物。目前，水体中有毒物质的处理方法多种多样，包括吸附法、絮凝法、生物法和高级氧化法。其中，AOPs技术由于其在反应过程中产生的高效活性氧物种（ROS）能将废水中有机污染物转化为小分子有机物甚至完全降解为CO₂，因此在水污染处理中表现出巨大的潜力。

　　芬顿催化技术是AOPs中最经济有效的水处理方法之一。自从Henry J. Fenton发现H₂O₂能被Fe²⁺活化从而氧化酒石酸之后，均相芬顿及其相关的反应在水处理领域引起了非常广泛的关注。研究发现，H₂O₂与Fe²⁺的反应过程中能生成具有高氧化活性的羟基自由基（·OH），随之生成的Fe³⁺能进一步被还原为Fe²⁺。·OH的氧化还原电位高达2.73V，因此·OH能以非选择性的方式高效地降解绝大多数的有机污染物。尽管如此，均相芬顿反应也存在一些缺点阻碍其应用，如：H₂O₂的消耗高、适宜pH范围窄（pH≈3）及产生大量的氢氧化铁污泥等。

　　为了解决均相芬顿反应中存在的这些问题，许多研究者逐渐将研究重心转向异相芬顿反应。在异相芬顿反应中，固相催化剂中Fe能与H₂O₂反应生成·OH，这个过程避免了氢氧化铁污泥的产生。异相芬顿催化剂与H₂O₂之间主要存在两种反应路径：（i）催化剂中不可避免地溶出的Fe³⁺与H₂O₂的反应（相当于均相芬顿反应）；（ii）催化剂表面的Fe（≡Fe(III)）与H₂O₂的反应。

　　在大多数的异相芬顿催化剂中，Fe的主要存在形式为三价铁，而H2O2还原Fe(III)生成Fe(II)的反应速率常数仅为0.001–0.01 M^-1s^-1。因此，Fe(II)的再生是异相芬顿反应过程中的限速步骤，决定了整个异相芬顿反应的效率。此外，H2O2除了直接与Fe(II)作用产生·OH外，还需要消耗一部分用于Fe(III)的还原，这个过程伴随的氢过氧自由基（HO₂˙）的生成。相较于·OH，HO₂˙的活性较低（E0(HO₂˙/H₂O₂) = 1.50 V），这降低了H₂O₂产出更高活性的·OH的效率。因此，如何加速Fe(III)/Fe(II)的氧化还原循环以及降低或消除H₂O₂在还原Fe(III)过程中的消耗成为了异相芬顿反应中的关键问题。

　　中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室的朱雁平研究生在综述了近年来国内外关于如何提升异相芬顿催化活性的研究进展，整理并比较了一些常见的方法及其增强异相芬顿反应的潜在机制。在异相芬顿催化体系中，通过Fe(II)和H₂O₂反应生成·OH是整个降解污染物反应过程中最核心、最高效的一步。据此，前人提出了一系列方法，如加速Fe(II)的再生、促进H₂O₂的分解以及原位生成H₂O₂等，这些方法显著地增强了异相芬顿反应活性。基于这些理论指导，许多研究者进行了大量的相关研究，例如：从外部电场、富电子材料、半导体、等离子体及掺杂金属中引入电子加速Fe(III)的还原；通过调控异相芬顿催化剂暴露出来的晶面和形貌促进H₂O₂的分解；将异相芬顿催化剂与超声、电场、半导体及含铁催化剂结合原位产生H₂O₂。此外，最近一些新型、高效的异相类芬顿催化反应，如构建双反应中心（即富电子中心和贫电子中心）和单原子类芬顿催化技术等，也能对异相芬顿催化体系的构建提供指导和启发。上述的这些高效增强异相芬顿/类芬顿催化反应的方法见图1。

　　该研究得到国家自然基金（41872044）、牛顿高级学者奖学金（NA150190）和国家留学基金委的支持，研究成果论文已发表在Applied Catalysis B: Environmental上。

　　论文信息：Zhu Yanping, Zhu Runliang, Xi Yunfei, Zhu Jianxi, Zhu Gangqiang, He Hongping. Strategies for enhancing the heterogeneous fenton catalytic reactivity: A review [J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2019, 255: 117739.

　　链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337319304783?dgcid=coauthor 

图1增强异相芬顿/类芬顿催化反应方法的总结示意图