晶格氧活化的镧铁羟基氧化物高效除磷

　　镧铁羟基氧化物（LaFe (Oxy)hydroxide）是10 nm左右的近球状纳米团簇体材料，以镧铁硝酸盐溶液为前驱体，乙醇为溶剂，在150℃和pH 10条件下制备的LaFe (Oxy)hydroxide对PO₄^3-的具有最大吸附量为123.46 mg/g。然而，金属基底材料如何影响磷酸盐的吸收仍没有被弄清楚。清华大学环境学院水质与水生态研究中心的一个研究组对LaFe (Oxy)hydroxide材料结构和表面性质进行了深入的研究，相关的研究成果发表在2019年6月26日的《Environmental Science & Technology》上。 

　　该研究组发现了LaFe (Oxy)hydroxide中Fe改变了La的电子结构，Fe/La金属轨道杂化激活晶格氧至未配位状态，Fe 5d-O 2p轨道与La 5d-O 2p轨道相互作用形成O^2-进行了桥接，影响Fe/La-O中O的状态，晶格氧发生轨道杂化和劈裂后产生大量空分子轨道，同时LaFe (Oxy)hydroxide的孔径和孔体积增加，为PO₄^3-的吸附提供更多活性位点，从而提高对PO₄^3-的吸附去除能力。此外，研究发现PO₄^3-选择优先与材料中的La键合以形成内球表面复合物La-PO₄。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）4B7A-中能实验站获得的LaFe (Oxy)hydroxide上结合的PO₄^3-的化学形态。所有LaFe (Oxy)hydroxide进行PO₄^3-吸附后，均在2153 eV左右处出现一条强烈的白线峰（White line），这代表在未占据状态下的P 1s电子发生的跃迁，也就是未和LaFe (Oxy)hydroxide成键的PO₄^3-的特征峰。在白线峰前后分别出现了边前锋（pre-edge feture）和肩峰（shoulder peak），主要表示金属（La/Fe）和PO₄^3-之间通过轨道杂交形成了配体-金属共价键（La/Fe-PO₄）。 

　　（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b01939）。 

　　这个研究为开发具有合理设计化学组成和孔结构的高效除磷镧铁羟基氧化物纳米复合材料提供了科学线索。在这样研究工作中，同步辐射光源帮助该研究组揭示了该镧铁羟基氧化物的物理化学特征及高效吸附磷酸盐作用机理。清华大学水质与水生态研究中心教授、该研究组组长曲久辉教授这样描述他们的工作：“复合金属氧化物中不同金属的相互作用将会直接影响晶格氧中O的状态，因此复合金属氧化物中吸收原子周围环境中原子几何配置结构仍需要进行解析，以便于找出复合金属氧化物吸附污染物离子的活性位点。更亮的同步辐射光束线将必定会有助于解析那些我们已经获得的极为小的晶体结构”。 

　　发表文章： 

　　Jie Yu, Xiang Chao, Gong Zhang, Hongjie Wang,^* Qinghua Ji^* and Jiuhui Qu. Activation of Lattice Oxygen in LaFe (Oxy)Hydroxides for Efficient Phosphorus Removal. Environmental Science & Technology 53(2019), 9073-9080.