研究人员开发出可充电碳质地球超级电容器用于可持续减少污染物

一个研究小组最近开发了一种可持续且无化学药品的超氧化物(O2•−)生成策略，该策略通过将可充电碳质超级电容器与基于氧化还原部分的O2活化相结合。这些发现有可能为可持续修复天然水和土壤环境提供一种新策略。科学家在《自然水》杂志上发表了他们的研究成果。

活性氧(ROS)能够高效地氧化去除或解毒水中的污染物。然而，传统的ROS生成方法(如Fenton或类Fenton反应)需要大量的化学品投入，这限制了它们的实际应用。

直接活化氧气(O2)生成超氧化物(O2•−)自由基及其衍生的ROS被认为是一种潜在的绿色修复策略。由于O2可以直接从大气中获取，因此避免了消耗大量化学品。然而，其产量受到催化材料和电子供体的限制。

为了克服目前的局限性，“我们提出了一种基于可充电碳质超级电容器激活分子氧的新策略，”领导该研究团队的广东省科学院生态环境与土壤研究所的李方百教授说。

“通过热解由与丰富矿物质相互连接的大分子组成的废牛骨，开发出了高度多孔的碳质地质超级电容器。”

研究团队发现，所开发的碳质地球超级电容器含有丰富的碳缺陷和具有氧化还原活性的醌部分，从而有效地将电子转移给O2形成O2•−自由基。更重要的是，碳质地球超级电容器具有优异的电子可充电性和稳定的电容，能够可持续产生O2•−。

该策略实现了不同场景下多种污染物的氧化解毒转化，有望为自然水体和土壤环境的可持续修复提供新的策略。