新污染物引发的环境问题在近些年受到广泛关注，过硫酸盐基高级氧化技术已经被证实是一种有效的去除新污染物的水处理技术。在先前研究中，研究者致力于提升电子转移效率促进活性物种的生成，或者定向调控氧化机制。在本研究中，作者的研究重点除鉴定降解新污染物的活性物种外，还对过硫酸盐的激发过程进行深度解析。
本研究以钴离子作为金属中心，4,4-联吡啶和[V4O12]4-分别作为有机、无机连接剂合成的多酸MOF（Co2(V4O12)(bpy)2）。结合自由基淬灭实验、分子探针实验、溶剂替代实验等证实Co2(V4O12)(bpy)2/PMS体系的主要活性物种为单线态氧和表面结合态硫酸根自由基。结合同步辐射、XPS和理论计算证实[V4O12]4-具有电子海绵效应，由于PMS与Co2(V4O12)(bpy)2的界面形成了双重相互作用（钴位点与多酸的端基氧），进而引发了电子的定向传导。传递的电子作用于PMS的O-H键使其生成SO5•−自由基并进一步转化为单线态氧和表面结合态硫酸根自由基。通过利用原位红外和原位拉曼观测PMS的活化过程，由于多酸的端基氧与PMS的端基H形成的氢键通道，电子定向传递后造成PMS的-OH的破坏，同时使得[V4O12]4-上形成了新的-OH。本工作不仅是首次将多酸金属有机框架材料用于类芬顿反应，也为后续探究过硫酸盐活化机理和研究构效关系提供了理论基础。
图1 Co2(V4O12)(bpy)2活化PMS过程深度解析
该项研究得到了国家自然科学基金（No. 52100069）、深圳市基础研究面上项目（JCYJ20220531093205013）等基金的资助。研究成果以“Multi-channel electron transfer induced by polyvanadate in metal-organic framework for boosted peroxymonosul-fate activation”为题，论文于2024年8月发表在国际综合性权威期刊《Nature Communications》上，北京大学深圳研究生院冀豪栋助理教授、北京建筑大学王崇臣教授和华东理工大学邢明阳教授为共同通讯作者，北京大学深圳研究生院24级博士生李渝航和北京建筑大学兰明岩为共同第一作者。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51525-0
