我院刘振中副教授团队在电化学氧化降解纳塑料方面取得新进展

近日，由南昌大学资源与环境学院、鄱阳湖资源与环境利用教育部重点实验室为第一完成单位，郑伟康为第一作者，刘振中副教授为通讯作者，在环境领域顶级学术期刊《Journal of Hazardous Materials》发表题为 “Electrochemical oxidation degradation of polystyrene nanoplastics by Sm-Mn intermediate layer Ti/Sb-SnO₂ anode: composite metal elements enhance electron transfer and promote the generation of hydroxyl radicals” 的研究论文。该研究通过稀土元素钐（Sm）与过渡金属锰（Mn）共掺杂策略，成功制备出新型Ti/Sm-Mn-Sb-SnO₂阳极，实现了聚苯乙烯纳塑料（PS NPs）的高效电化学氧化降解。

纳塑料作为一种新污染物，因粒径小、难降解等特点，能够在水环境中长期赋存，且难以被传统水处理工艺去除，对生态系统和人体健康构成严重威胁。电化学氧化技术可原位生成强氧化性的羟基自由基（•OH），实现有机污染物的高效矿化。然而，如何提升阳极的电子传递效率和•OH产率，仍是该领域面临的关键挑战。针对这一难题，通过溶胶-凝胶法在Ti/Sb-SnO₂阳极中引入稀土元素钐（Sm）和过渡金属锰（Mn），成功构建了具有均匀致密裂纹结构和高电化学活性面积的Ti/Sm-Mn-Sb-SnO₂阳极。在电流密度80 mA/cm²、初始pH = 6.1、电解质浓度0.08 mol/L的条件下，该阳极对PS NPs的降解效率达58.75 %，显著提升了纳塑料的降解效率与电极稳定性。

进一步通过自由基淬灭实验、电子顺磁共振（EPR）、荧光探针（TPA）测试及理论计算，揭示了Sm-Mn作为“电子架桥”加速电子转移、促进羟基自由基（•OH）生成的关键机制：•OH为体系中主导的活性氧物种，间接氧化是其降解的主导机制；Sm-Mn共掺杂引入了新的杂化电子态，调控d带中心位置，显著降低•OH吸附能垒，加速Sn与Sb之间的电子传递，从而提升电流效率与析氧电位。结合高分辨质谱与DFT计算，提出了PS NPs的两条主要降解路径。生态毒性预测表明，降解中间产物毒性较母体化合物显著降低，表明电化学系统具备良好的脱毒能力。该阳极在连续六次循环使用后仍保持稳定的降解效率，展现出优异的稳定性与可重复使用性。该研究为稀土-过渡金属共掺杂改性锡锑阳极在微纳塑料污染控制中的应用提供了理论依据和技术支撑，推动了电化学高级氧化技术向低碳、高效、稳定的设计思路发展。为水体中微纳塑料污染的治理提供了新思路。

作者介绍

第一作者

郑伟康：南昌大学资源与环境学院2022级硕士研究生，主要从事新污染物的环境行为及去除技术的研究。

通讯作者

刘振中：南昌大学资源与环境学院副教授/硕士生导师，主要从事饮用水安全与保障技术相关工作，近年来主持国家自然科学基金、江西省自然科学基金、江西省教育厅基金项目及其他横向课题等10余项科研项目。指导学生完成国家级、省级、校级双创项目多项；获得国家专利6项；指导学生参加全国大学生给排水学科竞赛荣获一等奖2项、二等奖、三等奖多项。在国内外主流学术刊物上发表学术论文60余篇。

文章链接：https://doi:10.1016/j.jhazmat.2025.140797

编辑：刘振中

                                          一审：赵蒙蒙

                                          二审：魏林生

三审：柏晓武