非均相类芬顿氧化技术因可克服均相芬顿技术在应用中的众多瓶颈问题而在水污染控制领域受到了广泛关注。钱杰书教授课题组近年来围绕非均相类芬顿催化剂的结构设计和性能调控（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202200406; Adv. Mater.2022, 10.1002/adma.202110653; Appl. Catal. B: Environ. 2021, 298, 120537）、类芬顿催化过程认知（Environ. Sci. Technol. 2021, 55, 6397; ACS ES&T Water, 2022, 2, 376-384）、应用适配性提升（Nano Res. 2021, 14, 2383;Appl. Catal. B: Environ. 2021, 292, 120193; Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 8509）等方向展开持续研究并取得了一定的进展。相关研究表明，非均相类芬顿催化剂表面发生的氧化剂活化过程与污染物降解过程耦合是科学认知类芬顿催化过程的重要挑战。
最近，课题组以Mn2O3/PMS为模型体系，通过分离PMS活化与污染物降解两个过程，系统探究了该体系所涉及的界面反应机制。研究发现，Mn2O3催化PMS分解反应产生界面态活性物种，同时导致反应体系中溶解氧浓度增加。增加的溶解氧可能源自于PMS催化分解产生的1O2，溶液中的活性物种(SO4•−、HO•和1O2)对污染物（如苯酚）降解的贡献可忽略不计，而界面态活性物种（≡Mn(IV)）是污染物降解的关键物质。研究推测PMS首先将Mn2O3表面Mn(III)（≡Mn(III)）氧化为≡Mn(IV)，随后≡Mn(IV)通过氧化有机物或再次与PMS反应生成≡Mn(III)。换而言之，Mn2O3/PMS体系通过≡Mn(III)/Mn(IV)价态循环实现PMS活化与污染物降解（图1），Mn2O3起到电子穿梭体的作用。这一工作为揭示金属氧化物活化PMS的非自由基反应机制提供了新思路与新依据。
研究成果以“Mn2O3 as Electron Shuttle between Peroxymonosulfate and Organic Pollutants: The Dominant Role of Surface Reactive Mn(IV) Species”为题在线发表于环境领域知名学术期刊Environ. Sci. Technol. (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c08790)。论文第一作者为团队2019届毕业生、南京理工大学李红超博士，通讯作者为南京理工大学教授、南京大学环境纳米技术研究中心客座研究员钱杰书博士，团队PI潘丙才教授为共同作者。研究得到了国家自然科学基金及江苏省自然科学基金的资助。
图1. Mn2O3作为电子穿梭体介导PMS与污染物的电子转移实现污染物降解