近期，國際頂級學(xué)術(shù)刊物《細(xì)胞》（Cell）的首個化學(xué)類姐妹刊《Chem》在線報道了我校張金龍教授和邢明陽副教授課題組與美國加州大學(xué)河濱分校Yadong Yin教授課題組合作，題為“Metal Sulfides as Excellent Co-catalysts for H2O2 Decomposition in Advanced Oxidation Processes”的研究論文。（原文鏈接：http://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(18)30115-3）。
高級氧化技術(shù)（AOPs）是以生成具有強氧化能力的羥基自由基為主要活性基團(tuán)，被用來處理高濃度難降解有機污染物廢水的常用手段之一。近年來，AOPs中的Fenton氧化法引起了研究學(xué)者的廣泛關(guān)注，這主要是因為在Fenton反應(yīng)中，Fe2+可以在常溫常壓下分解雙氧水產(chǎn)生大量羥基自由基，使其具備了高效去除難降解有機污染物的能力，在印染廢水、含油廢水、含酚廢水、焦化廢水等廢水處理中具有廣泛應(yīng)用價值。但到目前為止，傳統(tǒng)Fenton反應(yīng)中H2O2的分解效率仍然處于很低的水平（<30%）。為了提高反應(yīng)速率，往往需要加入大量的H2O2（30～6000 mmol/L）和Fe2+（18～410 mmol/L）以生成足夠高濃度的羥基自由基等活性物種，這不僅增加了反應(yīng)成本，高濃度的鐵離子還容易生成“鐵泥”引起催化反應(yīng)中毒。
為了解決上述問題，華東理工大學(xué)張金龍和邢明陽研究團(tuán)隊與加州大學(xué)Yadong Yin研究團(tuán)隊通力合作，開發(fā)了以MoS2為代表的一系列無機硫化物助催化劑，并協(xié)同光催化實現(xiàn)了Fenton反應(yīng)中鐵離子的高效循環(huán)以及H2O2的快速分解。這是首次報道“無機助催化劑”用于Fenton反應(yīng)高效分解雙氧水。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)H2O2和Fe2+濃度分別控制在0.4 mmol/L和0.07mmol/L時，MoS2、WS2、Cr2S3、CoS2、PbS及ZnS等硫化物表面暴露的還原態(tài)金屬活性中心促進(jìn)了Fe3+/Fe2+的循環(huán)（如圖）。此外，光催化可以進(jìn)一步促進(jìn)H2O2的分解及有機分子的敏化，使得H2O2的分解效率從28 %提高至75%。高效的鐵離子循環(huán)效率及較低的H2O2和Fe2+用量不僅有效抑制了鐵泥的生成，而且使得硫化物無機助催化體系在10次循環(huán)反應(yīng)后依舊保持對苯系有機污染物分子90%以上的TOC礦化率，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)Fenton體系的礦化率（20%），甚至在無氧條件下，依舊保持對有機污染物分子96%的降解率。在工業(yè)應(yīng)用方面，MoS2助催化Fenton體系還被用來直接處理工業(yè)苯系物廢水（初始COD：10400 mg/L）。反應(yīng)1h后，苯系廢水的COD去除率達(dá)到65%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)Fenton反應(yīng)的活性（12%），反應(yīng)7小時后，COD值降低至360 mg/L，去除率達(dá)97%。該工作得到了《Chem》審稿人的高度評價，審稿人認(rèn)為：“該項研究工作不管對于科學(xué)界還是工業(yè)界都是非常重要且令人興奮的研究成果（Overall, the results reported in this work are exciting and important for scientific community as well as industrial applications）。
該論文以“華東理工大學(xué)”為第一通訊單位，由來自華東理工大學(xué)的博士研究生董陳成同學(xué)在張金龍教授和邢明陽副教授的共同指導(dǎo)下完成，論文還得到了來自美國加州大學(xué)的Wenjing Xu博士及Yadong Yin教授的支持和幫助。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃及國家自然科學(xué)基金委等項目的支持。