植物修復(fù)被認(rèn)為是一種綠色、廉價(jià)和環(huán)境友好的重金屬污染土壤修復(fù)方式。然而，在植物修復(fù)過程中會(huì)產(chǎn)生大量富含重金屬的生物質(zhì)，如果處置不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生二次污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，超積累植物生物質(zhì)的安全處置非常重要，亟待研發(fā)一種既能安全處置這些含有重金屬的生物質(zhì)，又能實(shí)現(xiàn)資源化利用的方法。

將超積累植物生物質(zhì)用于單原子材料的制備，可以實(shí)現(xiàn)變廢為寶、一舉兩得的目的。來自中國科學(xué)院南京土壤研究所的最新消息稱，單原子材料是近十年來興起的一種新型材料，是將金屬以單個(gè)原子的形式均勻分散在碳材料等基質(zhì)上，形成“葡萄干—面包”樣結(jié)構(gòu)。金屬單原子就像“葡萄干”一樣散布于基質(zhì)上，作為反應(yīng)活性中心，具有100%的原子利用率。由于特殊的量子尺寸、邊界效應(yīng)與極高的配位不飽和度，單原子材料在諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。

南京土壤研究所的官網(wǎng)顯示，王玉軍研究員團(tuán)隊(duì)近日利用錳超積累植物美洲商陸，基于一步熱解法，成功制備出了碳基底的錳單原子材料?；谕捷椛涞?/span>x射線吸收譜（exafs）和球差電鏡研究證明，這種錳單原子材料中，錳是以mn-n4的方式錨定在生物炭基底上。該單原子材料表現(xiàn)出了極高的光催化降解有機(jī)污染物的能力，可以在10分鐘內(nèi)100%降解羅丹明b等有機(jī)污染物，并具有非常好的循環(huán)穩(wěn)定性。電子順磁共振（epr）等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在光照條件下該材料可以產(chǎn)生大量的羥基自由基，且該過程需要氧氣的參與，在隔絕氧氣的條件下，其降解有機(jī)污染物的能力受到了極大的抑制。研究團(tuán)隊(duì)基于原位exafs實(shí)驗(yàn)和分子動(dòng)力學(xué)（dft）計(jì)算等手段揭示其催化降解污染物分子機(jī)制：在好氧條件下，氧氣分子吸附到mn單原子活性中心，導(dǎo)致mn的價(jià)態(tài)從ii價(jià)變?yōu)?/span>iv價(jià)， mn-n4配位結(jié)構(gòu)變?yōu)?/span>mn-n4o1配位，單原子mn催化氧氣分子解離，釋放出羥基自由基，促進(jìn)污染物的快速降解。該研究為超積累植物生物質(zhì)的資源化利用以及廉價(jià)單原子材料的合成和實(shí)際應(yīng)用提供了一個(gè)新的視角。

據(jù)悉，相關(guān)成果近期發(fā)表于environmental science & technology上，崔培昕和劉存副研究員為共同第一作者，王玉軍研究員為論文的通訊作者。該項(xiàng)研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金委的資助。