哈工大王爱杰教授团队李智灵教授课题组在水污染控制与资源循环领域取得重要进展

哈工大全媒体（张又元 吴斌/文 吴斌/图）近日，环境学院、城乡水资源与水环境全国重点实验室王爱杰教授团队李智灵教授课题组联合阿德莱德大学段晓光教授在水污染控制与资源循环领域取得重要进展。研究成果以《仿酶轴向设计单原子催化剂驱动脱卤-聚合路径实现污染物的升级循环》（Axially engineered single atoms in enzyme-mimic-binding pocket steering dehalogenation–polymerization pathways toward water pollutant upcycling）为题发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。该研究深化了对卤代有机污染物定向聚合机制的科学认知，为发展水处理资源化的低碳技术范式奠定了重要基础。

近年来发展起来的“聚合-高级氧化工艺”可通过选择性催化路径，将水中有机污染物定向转化为易分离的固相产物，实现污染物高效去除和资源回收。然而，技术应用却受限于对反应路径和产物选择性的精确调控，以及催化体系的长期稳定性。这一挑战对于卤代有机物尤为突出——卤素取代基的强吸电子效应导致自由基中间体稳定性差、链增长反应受阻，最终生成有毒的低卤代聚合物，难以实现卤代有机物升级循环目标。

图 仿酶催化剂轴向设计思路（a）、脱卤-聚合机制（b）和水污染控制与资源回收一体化设计（c）

受CYP152过氧酶结构启发，团队开发了一种轴向氮配位的单原子铁催化剂，通过对2,4,6-三氯酚的强电子吸引触发电子转移路径，实现了完全脱氯并高效转化为寡聚物产物。氮化碳载体优异的电荷约束特性使得氧化剂转化为活性表面羟基中间体，对有机氯实现亲核取代的同时，驱动羟基化副产物的CO交联聚合，展现出超高的电子利用效率。这一集成的“脱氯羟基化聚合”过程可放大至装置规模的水处理，具有优异的稳定性。收集的寡聚物可加工制成工业级塑料产品，降低～31%的材料成本和～78%的碳足迹。

哈工大为论文第一通讯单位，环境学院博士研究生吴斌为论文第一作者，环境学院李智灵教授、王爱杰教授及阿德莱德大学段晓光教授为论文共同通讯作者。环境学院贺诗欣教授和硕士研究生张洁、周惟雨等参与相关研究工作。

该研究获国家自然科学基金面上项目、国家创新研究群体项目、国家重点研发计划等资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69253-y