乙酸配体工程加速铁氧化还原循环：可持续类芬顿氧化的界面调控新策略

本文创新性地提出乙酸阴离子表面修饰策略，通过O(p)-Fe(d)轨道杂化构建羧酸铁(III)配位结构，突破类芬顿(Fenton-like)体系中≡Fe(III)/≡Fe(II)循环的动力学瓶颈。该策略同步实现表面Fe(II)再生效率提升16.67倍（以卡马西平降解为模型）、铁溶出量降低98.4%（323.44→5.24 mg/L），为工业废水处理提供原子尺度配位调控新范式。

　　

Highlight

本研究通过乙酸配体工程重构Fe₃O₄表面微环境，突破传统还原剂（如羟胺、硫代硫酸盐）的二次毒性、自淬灭等瓶颈。关键突破包括：

有机降解性能

在过一硫酸盐(PMS)体系中，乙酸修饰的Fe₃O₄对卡马西平(CBZ)降解速率提升16.67倍（图2a）。XRD与电镜证实20 nm球形Fe₃O₄成功负载羧酸基团。

反应机制

原位拉曼光谱捕捉到H₂O配体被乙酸取代的动态过程（图3b）。X射线吸收谱(XAS)显示配位重构使表面≡Fe(II)增加0.078 mg/L，铁溶出量从323.44 mg/L降至5.24 mg/L。

电子转移特性

乙酸适中的氧化还原电位（0.01 V vs SHE）和顺式桥联双齿配位模式（图4c），既促进≡Fe(III)还原，又抑制自由基淬灭。DFT计算揭示其降低PMS活化能垒的关键作用。

环境适应性

连续流实验（30小时）和实际废水验证表明，该体系在pH 3-9范围内保持稳定，甲基疏水外壳有效屏蔽水合层干扰。

Conclusion

乙酸通过构建"铁核-配体-PMS"三元协同机制，实现电子通量定向传输与结构稳定性双重调控，为绿色水处理技术提供原子级设计范例。

Author contributions

刘宏伟设计实验并撰稿，陈雷等协助实验，陈宝梁教授指导课题。

Data availability

所有数据详见正文或补充材料。

（注：翻译部分已按生命科学领域规范处理术语，如PMS=过一硫酸盐，XAS=X射线吸收谱等，并保留Fe₃O₄等化学式标注）