背景介紹

過氧化氫（H₂O₂）作為一種消毒劑有著廣泛的應用，其是利用蒽醌載體分子來防止H₂和O₂混合進料的間接工藝在工業(yè)規(guī)模上生產(chǎn)的。如今，日益嚴重的氣候危機與獲得新鮮飲用水密不可分。需要改善水管理和衛(wèi)生設施是減輕許多社區(qū)因缺水而面臨的嚴重風險的關鍵支柱。因此，必須調(diào)整水環(huán)境衛(wèi)生、衛(wèi)生基礎設施和服務，以確保在面臨氣候相關風險時的可持續(xù)性和復原能力，尤其是對于貧窮地區(qū)。目前，水的凈化是通過氯化、紫外線照射和臭氧氧化等氧化過程來實現(xiàn)，其中氯化消毒的副產(chǎn)品與致癌作用有關。雖然H₂O₂可以提供沒有有毒化學殘留物的水，但是其低殺孢子活性限制了其在滅菌過程中的應用。事實上，使用濃縮預成型H₂O₂，需要使用穩(wěn)定劑來防止H₂O₂降解，而這些穩(wěn)定劑將影響H₂O₂的殺菌效果，化學殘留物的累積也是一個問題。然而，預成型H₂O₂的處理效果不如氯化法，限制了其在大規(guī)模水處理中的應用。

在2021年7月1日，英國卡迪夫大學Graham J. Hutchings（通訊作者）等人報道了一種新的水消毒新方法。該方法包括羥基自由基（[OH^?]）在內(nèi)的活性氧物種（ROS），以及在由氫氣（H₂）和空氣合成過氧化氫（H₂O₂）的過程中，在AuPd催化劑上形成了H₂O₂和超氧自由基（[O₂^?–]）。通過實驗測定發(fā)現(xiàn)，其效力是等量預成型H₂O₂的10⁷倍以上，在同等條件下比氯化消毒法的效力高10⁸倍以上。其中，殺菌和殺病毒效果的關鍵是催化劑上的氫和氧被激活時形成的自由基通量。總之，該方法可以成為水消毒的替代方法的基礎，特別是在目前沒有傳統(tǒng)水補救手段的社區(qū)或缺乏飲用水的社區(qū)。

總之，在直接合成H₂O₂中，將Au與Pd合金化已被廣泛理論化以改善H₂O₂的解吸。作者已經(jīng)證明AuPd納米合金還可以有效促進高活性氧基自由基物質(zhì)釋放到溶液中，正如EPR分析所確定的那樣，在水消毒中提供了高效能。但是，作者尚未完全確定是OH^?、OOH^?分別消毒還是兩者組合消毒，同時還需要在現(xiàn)實條件下進行研究。對比商用H₂O₂或氯化消毒法，H₂和O₂實現(xiàn)的殺菌和殺病毒活性顯著增強，揭示了其徹底改變水消毒技術的潛力。事實上，這些觀察結(jié)果可能證明是一項技術的基礎，該技術允許在接觸時間對水進行快速消毒，同時還繞過危險消毒副產(chǎn)物的形成并抑制生物膜的形成，生物膜是許多病原體持續(xù)存在和繁殖的核心。特別是，持續(xù)供應用于水凈化的專用化學品存在問題或首選局部水消毒的社區(qū)將受益于這種水修復方法。

A residue-free approach to water disinfection using catalytic in situ generation of reactive oxygen species.?Nature Catalysis, 2021, DOI: 10.1038/s41929-021-00642-w. https://doi.org/10.1038/s41929-021-00642-w.