传统**氧化工艺（AOPs）在去除水中持久性有机污染物方面应用广泛，但往往依赖硫酸根自由基或羟基自由基，不仅需大量投加氧化剂，还可能在完全矿化前产生有毒中间体。近期，来自南昌航空大学、南开大学和北京航空航天大学的联合研究团队取得突破，提出一种基于富氧空位（VO）尖晶石氧化物的新型催化策略。该研究通过调控原子级缺陷，引导酚类污染物发生直接氧化转移过程（DOTP），将其转化为可控的表面聚合物，而非传统的自由基无差别攻击。这一发现为**水净化提供了更具选择性和低碳排放的新模型。
富氧空位驱动定向聚合路径
研究团队制备了负载于碳布上的锰铁尖晶石（MnFe2O4）催化剂，并通过氮气氛围下的热处理工艺**调控其氧空位浓度。结构测试证实，较高的退火温度显著增加了缺陷密度并改变了催化剂晶格。在酚类与过一硫酸盐（PMS）体系中，该催化剂能在55分钟内实现酚类的完全去除，且总有机碳（TOC）去除率随氧空位含量的增加而提升。
化学需氧量（COD）分析显示，大部分有机碳并未在水相中简单降解，而是从溶液转移至催化剂表面。表面分析检测到C–O和C–O–C键的形成，证实了聚苯醚等聚合物产物的生成。机制实验与密度泛函理论（DFT）计算进一步揭示，氧空位促进了电子离域，使d带中心上移，增强了PMS和酚类的化学吸附，同时抑制了自由基的生成。这种结构-活性关系在其他氧化物体系如Mn3O4和α-FeOOH中也得到了验证。
连续流反应器表现稳定
该策略的核心优势在于对反应路径的精准控制。通过引入氧空位，催化剂表面形成了一个受限的反应平台，使氧化剂与污染物在此相遇，电子转移方向被引导，从而优先形成聚合物而非发生不可控的自由基氧化。这不仅拓展了缺陷工程从提升催化活性到决定污染物化学归宿的应用范畴，也为构建选择性高、稳定性强且低碳的水净化催化系统提供了清晰的设计原则。
在连续流反应器中，优化后的催化剂在240小时的运行中保持了97.5%的酚类去除率和73.2%的TOC消除率，且金属浸出量极低。此外，该催化剂在自来水、河水及二级出水等复杂水质中均表现良好，并能有效去除苯胺、磺胺甲噁唑（SMX）、四环素（TC）、双酚A（BPA）和罗丹明B（RhB）等其他有机污染物。
这项由南昌航空大学主导、获国家自然科学基金资助的研究成果，已发表于《环境科学与生态技术》（Environmental Science and Ecotechnology）。该期刊最新影响因子为14.3，是生态学与环境科学领域的重要国际期刊。研究证明，通过链接氧空位密度与选择性污染物聚合，为实现更可持续的催化水处理提供了一条切实可行的路径。
国内水处理行业长期面临**氧化技术运行成本高、副产物控制难等痛点。该研究展示的“缺陷工程+定向转化”思路，为摆脱对强自由基的依赖提供了理论支撑。中国企业可重点关注此类非自由基催化材料的产业化潜力，特别是在工业废水深度处理领域，通过优化催化剂表面缺陷结构，有望在降低药剂投加量的同时提升出水稳定性，推动水处理技术向绿色化、精细化方向升级。