芬顿反应最早由法国化学家Fenton在1893年发现，并因其能产生强氧化性的羟基自由基等活性氧物种（ROS）被广泛应用于水中有机污染物的去除。理想的芬顿反应是Fe2+催化H2O2生成羟基自由基等ROS，但实际上，大多数已报道的芬顿反应并不是真正的催化反应，而只是一个氧化还原化学反应。这主要是因为当Fe2+活化H2O2（或PMS）后，本身会被氧化成Fe3+，而Fe3+很难被H2O2重新还原成Fe2+，所以铁在芬顿反应中不能算真正的催化剂。好消息是，通过引入助催化剂可以很好地解决这个问题。比如，邢明阳等人首次发现通过引入MoS2作为助催化剂，可以实现芬顿反应中铁离子的高效循环（Chem 2018, 4, 1359-1372）。但这也带来了新的问题，即大多数粉体催化剂的共同缺点就是难以在实际应用中回收再利用，尤其是在大规模处理实际工业废水时，需要不断补充MoS2助催化剂及铁催化剂，这不仅会增加反应成本，还会存在对环境造成二次污染的风险。

为了克服上述挑战，邢明阳教授研究团队采用简单的浸渍-加热的化学方法，开发了三维硫化钼（3D-MoS2海绵）助催化（类）芬顿反应体系，实现了对染料类及抗生素类废水的高效处理。与传统芬顿体系及已报道的助催化（类）芬顿体系相比，其优势表现为：三维结构优化AOPs性能优势。以Fe3+/H2O2体系为例，3D-MoS2海绵的引入，可使其降解芳香族有机污染物的反应速率常数提高到原来的52倍；助催化反应中心减少铁的用量，降低生成铁泥的风险。3D-MoS2海绵中纳米花片层堆积和不规则边缘可以提供更多的Mo4+活性位点，加速Fe3+/Fe2+的循环，抑制铁泥等二次污染物的形成；运行成本低，实现大规模高效处理抗生素废水。3D-MoS2/Fe2+/PMS体系只需一次性加入铁离子（20mg/L硫酸亚铁），即可实现连续高效处理140L高浓度磺胺嘧啶废水（120mg/L），其降解率可达97.87%。该体系可稳定运行16天以上，且其处理1吨废水的运行成本仅为0.33美元，使其具有巨大的工业应用价值。

该论文以华东理工大学为第一通讯单位，硕士研究生朱玲俐同学为第一作者，邢明阳教授为通讯作者。该论文还得到了欧洲科学院院士张金龙教授的指导。该工作得到了费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、国家自然科学基金优秀青年基金及国家重点研发计划等项目的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202006059