泡沫镍原位生长磷化钴通过非自由基路径活化过一硫酸盐降解罗丹明 B 的研究

　　过渡金属基材料用于 PMS 活化去除污染物时面临纳米材料团聚、金属离子溶出多、ROS 产率低等问题。本研究合成 CoP/NF，实现 PMS 活化从自由基向非自由基路径转变，高效降解 RhB，稳定性和抗干扰能力强，为水处理提供新方向。

　　

水和土壤污染日益严峻，高效处理技术需求迫切。基于过一硫酸盐（PMS）的高级氧化工艺（AOPs）因能通过自由基和非自由基路径降解有机污染物备受关注。其中，非自由基路径对有机污染物选择性更高，在复杂水体中更具优势，但如何调控污染物去除路径仍是难题。过渡金属基材料作为 PMS 活化的催化剂潜力大，却存在纳米材料团聚、金属离子溶出多、活性氧物种（ROS）产率低等问题，限制了实际应用。钴（Co）基材料因能快速生成 ROS 成为研究热点，尤其是钴磷化物，其丰富的氧化还原性质和高化学稳定性使其在降解有机污染物方面表现出色，磷元素的电负性高于钴，可引起电子转移，改变局部电荷分布，增强对带负电 PMS 的吸附。然而，进一步提升催化剂的可回收性、降解效率和非自由基路径占比仍需探索。

在此背景下，广西民族大学的研究人员开展了相关研究，旨在开发高效稳定的 PMS 活化催化剂，调控活化路径以实现有机污染物的高效降解。研究成果发表在《Inorganic and Nuclear Chemistry Letters》。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：通过超声清洗处理泡沫镍（NF）去除氧化物；利用 XRD（X 射线衍射）表征 CoP/NF 的晶体结构，确认 CoP 和 NF 的特征衍射峰；借助 SEM（扫描电子显微镜）观察 Co (OH)₂/NF 和 CoP/NF 的微观结构，分析形貌变化；进行 ROS 捕获实验和电子自旋共振（EPR）分析，确定降解过程中的关键活性物种；开展循环实验评估催化剂的稳定性，测试对多种污染物的降解效果考察体系的通用性。

催化剂制备与表征

通过在泡沫镍上原位生长磷化钴（CoP/NF），磷元素的引入调节了钴基催化剂的表面电荷状态，诱导局部电荷密度变化，提升了催化活性。XRD 结果显示，NF 在 44.51° 和 51.85° 处有强衍射峰，对应（111）和（200）晶面，CoP 在 25.72°、38.31°、53.90° 处的衍射峰与（101）、（102）、（103）晶面吻合。SEM 图像表明，Co (OH)₂以纳米线结构生长在 NF 上，磷化后 CoP 仍保持纳米线结构，NF 为其大面积生长提供了表面积和孔隙。

催化性能评估

在最优条件（催化剂面积 1.5 cm²，PMS 浓度 0.3 g/L）下，CoP/NF+PMS 体系在 2 分钟内几乎完全去除 40 mg/L 的罗丹明 B（RhB），且在较宽 pH 范围（3.0–9.0）内均表现高效。该体系对 NO₃^?、PO₄^2?、Cl^?等共存阴离子具有强抗干扰能力，循环 5 次后 RhB 降解效率仍达 98%。此外，对亚甲基蓝（MB）、四环素（TC）、左氧氟沙星（LFX）等污染物也有良好降解效果，显示出广泛的适用性。

降解机制分析

ROS 捕获和 EPR 分析表明，降解过程主要由超氧自由基（O₂^•–）和单线态氧（¹O₂）驱动，证实了非自由基路径的主导地位。磷元素引起的电子转移增强了 PMS 吸附和活性物种生成，CoP/NF 的结构优势（如纳米线形态、NF 的支撑作用）促进了催化剂与 PMS 的相互作用及电子传递效率。

研究结论表明，CoP/NF 成功实现了 PMS 活化路径从自由基向非自由基的调控，在高效降解有机污染物方面表现卓越，具有稳定性高、适用范围广、抗干扰能力强等优点。该研究为设计新型 PMS 活化催化剂提供了新思路，通过金属磷化物在泡沫镍上的生长调控催化路径，为可持续水处理技术的发展奠定了基础，有助于解决实际水体中复杂污染物的去除难题，推动高级氧化工艺在环境治理中的应用。