广州大学胡春团队发展材料表面微电场理论，突破低能耗与选择性新污染物水质风险控制瓶颈

工业废水、城市污水，以及包括饮用水源的天然水体中普遍存在低浓度新污染物（ECs），已经对人类与水生态健康造成严重威胁。ECs结构稳定，导致其治理能耗大、成本高，特别是从城市污水和饮用水源中将ng/L-μg/L量级的痕量ECs去除更是一个国际性科学挑战。

图1. 研究团队（左起依次：吕来、胡春、王裕猛）

广州大学大湾区环境研究院胡春教授，潜心专研这一水处理技术科学挑战，从吕来教授到王裕猛博士（图1），历经10余载，经过两届博士研究生工作指导与合作研究，创新性提出：在催化剂表面构建分子轨道极化微电场，通过表面化学吸附络合ECs有机分子，降低其化学键能，从而显著减少ECs稳定结构断裂所需的能量。基于这一创新理论，实现两大技术突破。

（一）首次实现利用表面吸附有机污染物能量活化H₂O₂产生羟基自由基（^·OH）, 解决了依靠Fe²⁺等还原态金属离子还原H₂O₂的芬顿/类芬顿水处理技术瓶颈，降低水处理成本与能耗（图2），发展了系列双反应中心（DRCs）类芬顿催化剂，已经批量生产并工程应用于印染和制药废水处理。

图2. 基于表面微电场的双反应中心（DRCs）水处理技术原理及净水效能

（二）基于多分子轨道极化形成多级表面微电场，使吸附的ECs有机分子键能显著降低，实现无需外能的条件下直接被水中溶解氧氧化断裂，引发吸附ECs连续表面裂解、水解、矿化，同时转化水分子为^·OH，继而氧化水中污染物。首次发展了表面微电场驱动的有机污染物能量利用废水自净化原理（图3）。

图3. 表面微电场驱动吸附污染物裂解、水解和矿化过程及实际印染废水自净化效能

在此基础上，进一步发现并证实城市污水、饮用水源中溶解性有机碳（DOC）与微量ECs形成极性化学络合体，加强了与多级表面微电场的静电力作用，使络合体中ECs优先表面裂解、水解、矿化，发展了城市污水和天然水体中痕量ECs选择性自净化技术原理（图4）。

图4. 表面微电场和DOC极性络合驱动水中ECs选择性优先去除反应过程

相关催化剂达到吨级生产，并中试和应用于印染、造纸废水以及餐饮油污废水净化等（图5）。

图5. 基于表面微电场理论的新型催化剂及其工业生产与中试应用

相关成果连续发表在Environmental Science & Technology、iScience、Fundamental Research 等环境领域顶尖期刊和国际权威刊物上，获授权国内外专利20余项，并得到国家自然科学基金原创项目、重点项目和广东省“珠江人才计划”引进创新创业团队项目资助。

代表性成果原文链接如下：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004221008427 

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c03354 

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.7b06545 

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.7b04865 

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestengg.1c00157 

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestwater.1c00331 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325821003083 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337322008128