阿德莱德大学段晓光/王少彬Angew丨共轭轨道调控高价铁氧实现低药耗净水！

本文针对芬顿类高级氧化中高价铁氧物种Fe(IV)虽寿命长、选择性好，但本征反应性过高，易优先攻击用于生成的过氧化物（如过一硫酸盐，PMS），导致氧化剂无效分解和活性物种浪费的问题。研究背景指出，以往研究多聚焦于加快Fe(IV)生成，而忽视了生成后如何平衡其稳定性与污染物氧化能力。研究目的在于通过电子结构调控，从源头改善药剂利用率。研究团队将Fe-N4中心嵌入多层铁酞菁共轭有机框架中，通过面内共轭延伸π电子云并增强π-Fe3d-O2p轨道耦合，从而降低Fe(IV)=O反键轨道占据，使活性中心不易遭受PMS亲核进攻，但仍可选择性氧化微污染物。结论表明，该策略显著提升了Fe(IV)的利用效率（提高了3.2倍），抑制了析氧副反应，并在多种水体共存组分和不同结构污染物条件下均保持稳定净化性能。放大膜反应器连续运行72小时，微污染物去除率保持在95%以上，实现了低药耗净水。研究为调控高价金属氧物种反应性及构建低化学品消耗的水处理反应器提供了分子轨道层面的设计依据。