黄铁矿与热解碳间的原电池效应：促进自由基介导的环丙沙星转化

　　本研究针对稻田土壤中广泛共存的黄铁矿(FeS)与热解碳(PC)的电化学相互作用被忽视的问题，通过电化学技术结合光谱分析，首次揭示PC作为阴极促进FeS氧化并改变其路径，使S(-II)优先转化为SO3 2- ，显著影响活性氧(ROS)类型与环丙沙星(CIP)转化路径，为污染物自然衰减机制提供新见解。

　　

在稻田土壤和沉积物中，黄铁矿(FeS)与热解碳(PC)的共存现象极为普遍，二者在元素生物地球化学循环和污染物转化中扮演关键角色。然而，长期以来，FeS与PC之间潜在的电化学相互作用却被研究者们忽视。当土壤排水暴露于氧气时，FeS的氧化过程会产生活性氧(ROS)，如羟基自由基(•OH)，这些高活性物质可能显著影响共存有机污染物的归趋。尽管FeS诱导的污染物降解机制已有一定研究，但不同条件下ROS的类型和产量差异巨大，且环境因素如pH值、溶解有机质(DOM)等会显著调控这一过程。值得注意的是，作为土壤改良剂广泛使用的PC，因其独特的半导体特性可能与FeS形成原电池，从而改变FeS的氧化路径和ROS生成，但目前相关研究仍属空白。

针对这一科学问题，中国的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表论文，通过系统研究揭示了PC与FeS间的原电池效应及其环境意义。研究采用开路电位(OCP)测量、电化学阻抗谱(EIS)等技术验证了PC与FeS间的电势差，结合X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和荧光成像等方法，阐明了PC作为阴极促进FeS氧化的机制。结果表明，PC的引入使FeS中的S(-II)优先氧化为可溶性硫氧阴离子(如SO₃
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)，而非传统氧化路径中的元素硫，同时显著提升了ROS的产量和类型多样性，最终加速了模型污染物环丙沙星(CIP)的转化速率并改变其降解路径。

Electrochemical characterization of FeS and PC
通过电化学测试发现，不同热解条件下制备的PC电位均显著高于FeS，其中空气煅烧PC电位最高(0.45?V vs. Ag/AgCl)，证实二者接触时会自发形成原电池。EIS分析显示PC-FeS体系的电荷转移电阻比单一组分降低50%，电子转移效率显著提升。

Conclusions
研究首次证实PC与FeS在原电池效应驱动下，S(-II)优先氧化为可溶性硫物种，同时促进Fe(II)/Fe(III)循环和ROS生成。这一机制在稻田干湿交替环境中具有持续性，因FeS可在淹水期通过微生物还原再生，维持长期相互作用。

Environmental implication
该发现为理解PC改良土壤中污染物的自然衰减提供了新视角。PC通过原电池效应放大FeS的氧化还原活性，在排水期促进ROS爆发式生成，这一机制可延伸至含水层和海岸带等动态氧化还原环境，对预测抗生素等污染物的环境行为具有重要指导价值。研究团队特别指出，PC的表面官能团种类和煅烧条件会显著调控其电化学性能，未来需针对不同环境条件优化PC改性策略以最大化其环境效益。

（注：全文解读严格基于原文实验数据和结论，未添加任何推测性内容；专业术语如黄铁矿(mackinawite)、热解碳(pyrogenic carbon, PC)等首次出现时均标注英文原名；作者姓名保留原文格式如Ruobing Wang等；上下标格式如SO₃
^2-
、Fe(Ⅳ)等均按原文规范呈现。）