硫掺杂铁磷化物(FePSX)催化剂实现pH响应型类芬顿反应及高效抗生素降解

针对抗生素污染治理中传统类芬顿体系pH适应性差、活性氧(ROS)调控困难等问题，研究人员通过限域气固法合成硫掺杂FeP催化剂(FePSX)，实现pH 3.0时·OH主导、pH 6.0时Fe(IV)=O为主的ROS动态切换。优化后的FePS15@LC体系15分钟降解99%磺胺甲恶唑(SMX)，速率较未掺杂提升2.54倍，为环境污染物治理提供新型智能催化平台。

　　

抗生素污染已成为全球性环境挑战，其中磺胺甲恶唑(SMX)作为高检出率抗生素，对水生生态系统和人类健康构成潜在威胁。传统水处理技术面临中性pH条件下羟基自由基(·OH)生成受限、金属催化剂循环效率低等瓶颈。针对这些问题，华南理工大学的研究团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表创新成果，通过原子级电子结构调控策略，开发出具有pH响应特性的硫掺杂铁磷化物催化剂，为智能环境修复提供新思路。

研究采用三步整合的气固合成法，结合电化学测试、电子顺磁共振(EPR)、同位素标记等技术。通过调控NaHSO₃/NaH₂PO₂比例实现硫原子精准掺杂，并利用木质素衍生碳球(LC)载体提升催化剂稳定性。

合成与表征
透射电镜显示硫掺杂使FeP晶格膨胀0.21?，X射线光电子能谱(XPS)证实硫引入增加Fe电子密度。穆斯堡尔谱揭示FePS₁₅中Fe^δ+(0<>₂O₂活化。

性能优化
在pH 3.0时，·OH贡献率达89%；pH 6.0时Fe(IV)=O成为主导物种(占比72%)。FePS₁₅@LC的速率常数(k=0.268 min^-1)是商业α-Fe₂O₃的11.6倍，且铁溶出量降低83%。

机制解析
密度泛函理论(DFT)计算表明硫掺杂使H₂O₂解离能垒从1.32 eV降至0.87 eV。同位素标记实验证实Fe(IV)=O直接氧化SMX的途径占比61%。

该研究突破传统芬顿反应的pH限制，通过硫掺杂实现ROS物种的可控切换，为复杂水体环境治理提供新型催化工具。FePS₁₅@LC体系兼具高效降解能力和优良循环稳定性，其电子结构调控策略对设计智能环境催化剂具有普适性指导意义。