近日🐗，沐鸣關傑教授團隊在環境科學領域期刊《Environmental Research》（JCR一區🤲🏿，IF 8.431）上發表了題為“Spent LiFePO4: An old but vigorous peroxymonosulfate activator for degradation of organic pollutants in water”的研究論文。該論文以沐鸣為第一單位👩🍳，2019級碩士研究生王璞為第一作者，郭耀廣副教授和關傑教授為共同通訊作者。
圖文摘要
本研究報道了退役動力電池正極磷酸鐵鋰材料可直接作為催化劑🐸，用於活化過一硫酸鹽（PMS）催化去除水中有機汙染物🧔🏽。 研究表明💆🏿♂️🕷，退役磷酸鐵鋰（SLFP），因其在充放電過程中產生鋰缺陷和氧空位🧝🏽♂️，可有效活化PMS產生羥基自由基等氧化活性物種降解有機汙染物👱🏽。利用淬滅實驗和電子順磁共振（EPR）技術結合密度泛函理論（DFT）計算揭示★，溶液中PMS會快速吸附在有缺陷的SLFP表面，然後被表面二價鐵活化分解生產羥基自由基等活性氧化物種💁🏻♂️🫰🏽，實現水有機汙染物的高效去除。
論文導讀
作者選擇磺胺甲惡唑（SMX）為模型汙染物開展效果評估實驗，研究發現SLFP可有效活化PMS，在30 min內實現SMX完全降解（圖1a），45 min內礦化率超過90%（圖1b）👈。
圖1. SMX在不同體系的降解(a)和礦化效果(b)
通過X-射線衍射（XRD）☆、掃描電子顯微鏡-彌散X射線能譜（SEM-EDX）證實了SLFP保留了磷酸鐵鋰的基本晶體結構和形貌（圖2）💇🏻♂️。通過電感耦合等離子體-原子發射光譜技術（ICP-AES）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM，圖2b）等手段驗證了SLFP材料缺陷的存在。通過X射線能譜（XPS）驗證了大量活性物種的產生是由於SLFP表面二價鐵對PMS的高效活化（圖3a&b）。EPR探測（圖3c）🥰、PMS利用實驗（圖3d）及DFT吸附能的計算（圖4）⚃，進一步證實了SLFP材料缺陷貢獻PMS高效活化。通過淬滅實驗和EPR技術，揭示了羥基自由基在SMX的去除過程中扮演著重要的角色（圖5）。
圖2 (a)純LFP和SLFP的XRD圖🚸；(b) SLFP的HRTEM圖👾🧑🏿💼；SLFP (c)和純LFP (d)的SEM圖；SLFP中O (e)和Fe (f)的EDX圖。
圖3 SLFP反應前後Fe(a)和O(b)的XPS能譜; SLFP的EPR分析(c)🚅；PMS利用率(d)
圖4 DFT計算純LFP (101)和SLFP (101)表面對PMS物種的吸附能
圖5 淬滅實驗(a)🫲🏽；添加DMPO獲得的EPR譜(b)
通過對水中其他汙染物的降解和礦化率測試，證實了退役磷酸鐵鋰材料活化PMS高級氧化技術具有較好的普適性（圖6）。本研究為退役動力磷酸鐵鋰電池正極材料資源化利用和有機廢水汙染協同控製提供了新的案例。
圖6 SLFP/PMS對不同汙染物的處理(a)和礦化效果(b)