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仪表网 研发快讯】电化学高级氧化与还原技术因具有高活性与高效率，逐渐成为污水深度处理领域的研究前沿。近日，清华大学环境学院张潇源副教授课题组在双面电催化膜污水深度处理研究领域取得新进展。团队开发了一种碳基双面电催化膜，分别锚定在膜两面的铁、镍单原子位点可以分别产生氧化与还原性活性物种，通过顺序策略可以实现可调节的氧化还原反应，实现对污水中不同特性新污染物的适应性高效去除。
新污染物的化学特性多样，既有富电子有机物，也有含吸电子基团的有机物，现有的高级氧化或还原技术难以适应性去除不同类别的新污染物。张潇源课题组设计开发了一种新型的双面电催化膜，同步激发羟基自由基(•OH)与原子氢(H*)，并采用顺序策略调控氧化还原反应，实现了广谱新污染物的高效去除。该双面电催化膜是两面分别由单原子铁、镍修饰的碳纤维膜，在模式新污染物去除和制药废水深度处理中均展现出优异的性能，模式污染物普萘洛尔和氯霉素可在水通量680L·m-2·h-1、能耗<0.015kWh·m-3·log-1的条件下被完全去除。在含铁侧至含镍侧的电过滤顺序下，流动强化传质促使含铁侧生成的H2O2与含镍侧生成的H*反应产生更多•OH，从而高效降解富电子有机物；而在含镍侧至含铁侧的电过滤顺序中，H*介导的还原与•OH介导的氧化的级联反应可以降低热力学能垒，显著强化含吸电子基团污染物的降解。该项工作中的双面膜设计为废水中新污染物的适应性去除建立了新范式，并为活性物种间的协同与拮抗提供了新的分析视角。
图1.双面电催化膜通过顺序策略调节氧化还原过程
研究成果以“双面电催化膜顺序策略调节氧化还原过程用于高效污水深度处理”(Janus Electrocatalytic Membrane Enables Tunable Redox via Sequential Tactics toward Ultrafast Water Decontamination)为题，于9月16日正式发表在《环境科学与技术》(Environmental Science & Technology)上，并被选为副封面。
清华大学环境学院副教授张潇源为论文通讯作者，环境学院2021级博士生晏妮为论文第一作者。论文共同作者包括环境学院教授黄霞、2025级博士生张家铭、2024届博士毕业生任腾飞(现为太原理工大学环境学院副教授)和2025届博士毕业生尹梦茜。
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