资源与环境学院章萍教授团队在《Water Research》发表水处理催化领域研究成果:原子级Fe/Mn催化剂实现无氧化剂芬顿反应驱动的超快速自维持水体净化

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，章萍教授为第一作者，在环境领域顶级学术期刊Water Research发表研究论文《Atomically Engineered Fe/Mn Catalysts Enable Ultrafast Self-Sustaining Water Purification via Oxidant-Free Fenton-like Electron-Transfer Reaction》。该研究通过原子级工程策略构建Fe/Mn协同催化体系，揭示了无氧化剂类芬顿类电子转移反应驱动的自维持水体净化机制，实现了污染物的超快速降解，为绿色低碳水处理技术的发展提供了新的理论基础与技术途径。

该研究的创新亮点主要体现在三个方面：一是材料创新，成功构建Fe纳米簇（~0.8 nm）与Mn单原子（间距~0.51 nm）共存的“簇-卫星”结构，突破单金属体系电子供给不足的局限，提供原子级协同催化新范式；二是机理揭示，通过多维度手段确证直接电子转移主导的非自由基路径，发现Mn单原子通过“静态调控、动态惰性”双重作用协同增强Fe电子接受能力（1.6倍），为双金属协同机制提供全新理论视角；三是性能突破，无氧化剂条件下3 min内BPA去除率>99.5%，创自维持体系速率纪录。连续流处理10000 mL真实水体去除率>94.43%，温和再生与生命周期评估验证其规模化与环境可持续优势，为下一代绿色水处理技术确立新标杆。

该研究通过原子级工程成功构建了Fe纳米簇与Mn单原子共存的“簇-卫星”结构催化剂FeMn-CN，实现了无氧化剂条件下BPA的超快降解（3 min，>99.5%）。通过淬灭实验、EPR、原位光谱、XAFS和DFT计算，系统排除了自由基、单线态氧和高价金属物种的参与，确立了直接电子转移的主导机制--Fe纳米簇作为电子受体直接提取污染物电子，邻近Mn单原子通过降低能垒协同增强电子转移效率。该催化剂展现出宽pH耐受性、强抗干扰能力和选择性识别富电子污染物的特性。连续流反应器验证了其规模化应用潜力，生命周期评估证实了其环境可持续性优势。本研究为电子转移主导型自维持催化剂提供了原子级设计原则，推动了无氧化剂水净化技术的发展。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、江西省重点研发“揭榜挂帅”项目、江西农业关键技术重大专项、江西省自然科学基金重点项目等资助。学院将继续围绕国家生态文明建设和“双碳”战略需求，深化产学研协同创新，力争产出一批具有重要影响力的标志性成果，为学校“双一流”建设和区域绿色低碳发展贡献更多智慧和力量。

作者介绍

第一作者

章萍:南昌大学资源与环境学院，教授/博导。长期从事环境功能材料构筑及其在水污染控制中的应用、农业废弃物高值资源化利用等方面研究。入选“江西省主要学科学术和技术带头人、江西省杰出青年”人才培养计划。现任中国硅酸盐学会矿物材料分会理事、中国有色金属学会矿物功能材料专业委员会委员、江西省生猪产业技术体系特聘专家，《南昌大学学报（理科版）》学术主编，《工业水处理》《南昌大学学报（工科版）》青年编委。自2011年底进入南昌大学工作以来，先后主持国家自然科学基金3项，国家工信部“绿色制造”重大课题子课题1项、国家博士后基金2项以及江西省重点研发“揭榜挂帅”项目、江西省自然基金重点项目、江西省农业技术重大专项等省部级科研项目20余项，并以骨干成员参与国家“十三五”重大科技专项-水体污染控制与治理重大专项2项。以第一作者及通讯作者在Water Res.、Chem. Eng. J.、J. Hazard. Mater.、Appl. Clay Sci.等国际重要期刊发表SCI论文50余篇，其中一区31篇，影响因子大于10论文15篇，EI及国内重要学术论文30余篇。申请国家专利18项，其中授权国家发明专利4项。在农业废弃物资源化利用方面，开发的猪粪基水热炭基肥红壤改良技术以及构建的养殖废水中氮磷协同回收与资源化利用的“合成-净化”一体化水处理体技术体系，已在在江西南昌、抚州、赣州等多家生猪养殖企业开展示范推广，取得了良好的环境与经济效益。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.125752