硫酸根自由基是一類新型的強(qiáng)氧化性自由基，其氧化能力與羥基自由基相當(dāng)，同時(shí)最適pH更寬，存活時(shí)間更長，因此對水中的有機(jī)污染物降解效果更好，是目前國際上的研究熱點(diǎn)。目前，獲得硫酸根自由基的主流方法是使用金屬氧化物（以Co為代表）活化過硫酸鹽或過二硫酸鹽。雖然已有大量的研究證實(shí)了這種方法的有效性，但需要額外投加化學(xué)試劑，不但增加運(yùn)行成本，而且?guī)�來很大的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。硫酸根在水中十分常見，濃度范圍很寬（從幾個(gè)毫克每升到幾十克每升不等）。本研究以光催化反應(yīng)熱力學(xué)原理為指導(dǎo)思想，首次提出使用具有寬帶隙和高價(jià)帶的光催化劑BPO，通過其高價(jià)帶電位氧化反應(yīng)對硫酸根進(jìn)行活化在中性pH條件下原位生成硫酸根自由基的概念和方法（i-PCAS），通過對2,4-DCP等多種有機(jī)物的降解、捕捉劑實(shí)驗(yàn)、ESR測定、DFT計(jì)算等多個(gè)角度證實(shí)了這一方法的可行性和有效性。i-PCAS利用水中的硫酸根產(chǎn)生硫酸根自由基，完全不需要額外使用過硫酸鹽或過二硫酸鹽，降低成本的同時(shí)避免了二次污染。這一發(fā)現(xiàn)為人們提供了更加簡單、綠色、廉價(jià)的方法和途徑獲得硫酸根自由基，強(qiáng)化水中有機(jī)污染物的降解，具有重要的科學(xué)價(jià)值和環(huán)境意義。相關(guān)成果于2017年被Environ. Sci. Technol. (IF 5.393)接收發(fā)表，并被選為主頁亮點(diǎn)新聞（Highlighted News）。

電絮凝法（Electrocoagulation, EC）是一種傳統(tǒng)的電化學(xué)技術(shù)，它是靠在電化學(xué)氧化作用下溶解陽極產(chǎn)生絮凝劑，達(dá)到去除水中污染物的目的。傳統(tǒng)的EC法是將犧牲陽極和陰極直接用導(dǎo)線連接，通過控制電流來控制絮凝劑的生成。在高強(qiáng)度的腐蝕環(huán)境中，導(dǎo)線和電極的連接處具有極大的腐蝕應(yīng)力，一旦腐蝕會(huì)大大增加連接處的電阻甚至斷路，給實(shí)際運(yùn)行維護(hù)帶來很大的麻煩。為了解決這一問題，本研究提出用雙極電化學(xué)的方法構(gòu)建無線電絮凝反應(yīng)體系（Wireless Electrocoagulation, WEC），通過兩端驅(qū)動(dòng)電極在溶液中產(chǎn)生的電位梯度對溶液中的犧牲電極進(jìn)行極化，結(jié)果是犧牲電極內(nèi)部成為一個(gè)等勢體，外部和溶液之間存在電位差，靠近驅(qū)動(dòng)電極陽極一側(cè)電位最負(fù)，靠近驅(qū)動(dòng)電極陰極一側(cè)電位最正，通過這種導(dǎo)體表面和溶液之間的電位差驅(qū)動(dòng)犧牲電極的腐蝕，產(chǎn)生絮凝劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，絮凝效果主要取決于犧牲電極的幾何特征如長度、在電場線垂直方向的投影面積、以及電極的個(gè)數(shù)等，而與電化學(xué)參數(shù)無關(guān)。通過設(shè)置H型電極，將電極材料用量降低40%，并且允許任意數(shù)量的電極同時(shí)無線工作，完全避免了由電極連接導(dǎo)致的問題，是一種極具開發(fā)潛力的新型電絮凝技術(shù)。相關(guān)成果于2017年被Electrochim. Acta(IF 4.803)直接錄用發(fā)表。

陽極材料的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)是影響微生物燃料電池性能的重要因素，尤其是電極的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和孔結(jié)構(gòu)具有更為重要的作用。本研究制備了一種新型多孔結(jié)構(gòu)的塊體Ti4O7電極，該電極具有與石墨相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性，與陶瓷相當(dāng)?shù)姆�(wěn)定性，其獨(dú)特的大孔結(jié)構(gòu)更加有利于產(chǎn)電微生物的附著生長和界面電子傳遞。MFC結(jié)果表明，Ti4O7陽極比碳布能夠產(chǎn)生更高的功率密度和更好的穩(wěn)定性。此外，Ti4O7能夠從TiO2獲得，價(jià)格低廉，是真正意義上的綠色電極材料。相關(guān)成果被國際材料化學(xué)領(lǐng)域頂尖級雜志Journal of Materials Chemistry A (IF 8.262)接收發(fā)表，并被X-MOL選為亮點(diǎn)新聞。

新聞報(bào)道鏈接：http://www.x-mol.com/news/4629

陽極材料的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)是影響微生物燃料電池性能的重要因素。本研究報(bào)道了一種以三聚氰胺海綿制備的高效陽極材料，該材料具有良好的導(dǎo)電性、較高的氮摻雜效率、以及適合微生物附著生長的大孔結(jié)構(gòu)，在增大生物量的同時(shí)強(qiáng)化生物和電極之間的作用。更重要的是大孔結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生生物堵塞，傳質(zhì)效果更好，因此在純培養(yǎng)條件下獲得了比傳統(tǒng)碳材料更高的活性和穩(wěn)定性。相關(guān)成果被國際能源材料領(lǐng)域頂尖級雜志Advanced Energy Materials (IF 15.230)接收發(fā)表。

新聞報(bào)道鏈接：http://www.materialsviewschina.com/2016/12/step-three-dimension-hole-nitrogen-containing-graphite-electrodes-prepared-by-carbonization-enhance-the-microbial-fuel-cell-performance-of-new-materials/

微生物燃料電池（MFC）的性能受限于陰極氧還原反應(yīng)，因此開發(fā)中性pH條件下高效廉價(jià)綠色的催化劑是解決這一問題的重要途徑，是目前的研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。本研究采用自然界普遍存在的多孔生物質(zhì)（柚子皮）為載體，采用簡單綠色的一步燒結(jié)法制備了Fe3C/WC/GC催化劑，在MFC獲得了比Pt/C更高的功率密度和穩(wěn)定性。此外，我們使用DFT計(jì)算的方法驗(yàn)證了Fe3C的表面能夠有效吸附氧分子并使氧分子的pi鍵斷裂，大大降低了氧還原反應(yīng)的活化能，首次從理論角度證實(shí)了Fe3C對氧氣分解具有很高的活性。相關(guān)研究成果被國際材料界面權(quán)威期刊ACS Applied Materials & Inferfaces (IF 7.145)接收發(fā)表。

水中的硝酸鹽去除是水處理界長期面臨的一個(gè)難題，傳統(tǒng)的方法普遍存在效率低、選擇性差，副反應(yīng)難于控制等問題。本研究首次報(bào)道了非線性光學(xué)材料高效光催化還原水中的硝酸鹽，去除率98%，氮?dú)膺x擇性高達(dá)95%。不同于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，非線性光學(xué)材料具有獨(dú)特的內(nèi)極化效應(yīng)，有效避免了空穴和電子的復(fù)合，硝酸鹽主要是在導(dǎo)帶與電子直接發(fā)生還原，因此具有更高的還原效率和穩(wěn)定性。該研究為高效、簡單、綠色去除水中硝酸鹽提供了新思路、新材料和新方法，相關(guān)成果于2016年被國際環(huán)境領(lǐng)域頂尖級雜志Environmental Science and Technology (IF 5.393)接收發(fā)表，并被選為ES&T主頁的亮點(diǎn)新聞 (Highlighted news)。

電化學(xué)法在水處理中有著巨大的應(yīng)用價(jià)值，但電極材料是限制其發(fā)展的瓶頸。本研究制備了一種新型多孔結(jié)構(gòu)的塊體Ti4O7電極，該電極具有與石墨相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性，與陶瓷相當(dāng)?shù)姆�(wěn)定性，比BDD電極更高的析氧電位。Ti4O7的成本是BDD的20%，并且可以從TiO2獲得，是真正意義上的綠色電極材料。Ti4O7對實(shí)際工業(yè)廢水二級生化出水具有良好的去除效果，能夠?qū)�廢水的可生化性提高2個(gè)數(shù)量級，相關(guān)成果于2016年發(fā)表在國際電化學(xué)領(lǐng)域知名期刊Electrochimica Acta (IF 4.803)上。

在水處理中，消毒一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。本研究報(bào)道了碳納米管用于電解池的陰極，通過其特殊的表面特性催化氧氣還原生成氧活性物質(zhì)，能夠有效滅活水中的微生物，對實(shí)際廢水中的細(xì)菌總數(shù)去除率可高達(dá)99.99%。該研究為發(fā)展新型的電化學(xué)水處理消毒技術(shù)提供了新材料和新方法。相關(guān)成果于2016年發(fā)表在ChemElectroChem (IF 3.506)上。

正向滲透(FO)是一種全新的膜技術(shù)，目前使用的有機(jī)膜材料存在內(nèi)部濃差極化大、鹽截留率低、機(jī)械強(qiáng)度差、化學(xué)穩(wěn)定性差等問題。本研究以薄層不銹鋼網(wǎng)為基體，以正硅酸乙酯為前驅(qū)物合成了一種具有準(zhǔn)對稱結(jié)構(gòu)的無機(jī)FO薄膜，水通量是商用膜的2倍，鹽截留率與其相當(dāng)，同時(shí)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。相關(guān)成果于2013年發(fā)表在國際環(huán)境領(lǐng)域頂尖級期刊Envieonmental Science and Technology (IF 5.393)上，被選為主頁亮點(diǎn)新聞。

課題組在微生物燃料電池陽極材料改性上取得了最新成果，發(fā)表在材料學(xué)國際頂尖級雜志Advanced Materials（影響因子18.960）上。

課題組在微生物燃料電池陰極催化劑研究領(lǐng)域取得了最新成果，發(fā)表在能源材料學(xué)國際頂尖級雜志Advanced Energy Materials（影響因子15.230）上。