传统芬顿反应以H2O2作为链传播介质，通过内层电子转移反应介导Fe(III)/Fe(II)转化，从而持续产生羟基自由基（HO•）。然而，Fe(III)易水解且难还原，导致芬顿氧化工艺存在铁泥产量大、pH工作区间窄等固有缺陷。课题组前期以可生物降解的吡啶甲酸（PICA）为配体，发现PICA与Fe(III)配位形成的活性FeIII(PICA)2OH或二聚体可被H2O2快速还原，强化Fe(III)/Fe(II)循环，从而在pH 5–6区间内高效催化降解阿特拉津、卤代酚等各类污染物；内层电子转移过程中产生的高自旋铁过氧化物—PICA-FeIII-OOH也可作为亲核试剂在实际水体中高效选择性氧化各类卤代酚（Environ. Sci. Technol. 2021, 55, 8299-8308）。另一方面，PICA的加入易增加处理单元的有机负荷，且需过量H2O2才可产生较高降解活性。自然，降低均相配体引起的有机负荷和H2O2使用量对该技术的进一步发展具有重要意义。
近期，课题组进一步发现少量Mn(II)可显著强化PICA/Fe(III)/H2O2体系催化降解性能。在实现相同污染物降解动力学的前提下，10 μM Mn(II)的加入可使H2O2、Fe(III)和PICA的投量分别降低50%、43%和43%。化学捕获、自旋光谱表征等实验结果表明，在Mn(II)/Fe(III)/PICA/H2O2体系中，HO•是主要活性物种，PICA-FeIII-OOH的氧化作用被抑制。MnII(PICA)+是关键活性配合物，可显著促进Fe(III)还原，从而快速产生HO•。根据铁价态转化分析等实验结果，推测MnII(PICA)+可与PICA-FeIII-OOH络合形成双核配合物，随后发生分子内电子转移导致Fe(III)还原为Fe(II)；同时产生的MnO2+分解为HO2•/O2•-和Mn(II)，其中HO2•/O2•-也可能对Fe(III)的还原产生贡献。该研究可为高效芬顿反应的设计提供新思路。
研究成果以“Mn(II) Acceleration of the Picolinic Acid-Assisted Fenton Reaction: New Insight into the Role of Manganese in Homogeneous Fenton AOPs”为题在线发表于环境领域知名学术期刊Environmental Science & Technology（https://doi.org/10.1021/acs.est.1c08796）。论文第一作者为杨志超博士，通讯作者为康涅狄格州农业研究所Joseph J. Pignatello教授和潘丙才教授，单超副教授为共同作者。本研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学青年基金及美国NIFA的资助。
