哈工大马军院士团队王威教授课题组在低能低药绿色水处理领域取得重要进展

哈工大全媒体（张又元 陈曦/文 陈曦/图）近日，环境学院、城乡水资源与水环境全国重点实验室马军院士团队王威教授课题组在低能低药绿色水处理领域取得重要进展。研究成果以《通过原子级相邻的双金属催化位点实现超快能量中性分子氧活化》（Ultrafast energy-neutral molecular oxygen activation via atomically-adjacent bimetallic catalytic sites）为题发表在《自然通讯》（Nature Communications）上，并被期刊精选为重要进展进行推介。

分子氧活化是能源转化、绿色化学及环境修复等领域中的基础催化过程。作为最丰富的天然氧化剂，O₂被认为是替代过氧化氢、过硫酸盐和臭氧等传统化学氧化剂的理想选择。然而，由于O₂基态三重态的自旋禁阻导致电子转移受限，在实际催化过程中面临显著的动力学障碍。为克服这一问题，现有O₂活化策略通常依赖光、电或热等外部能量输入，严重制约了技术的经济性与可持续性。而无能耗O₂活化体系通常受限于活性位点孤立分布、电子态局域化及多步电子转移能垒叠加导致活性氧生成速率低、反应活性不足及中间体易耗散等问题，难以满足实际应用需求。

针对此科学技术难题，王威教授课题组提出了一种无需外加氧化剂和额外能量输入的分子氧活化新策略。团队通过构建原子级相邻的双金属位点，利用d-d轨道耦合与电子离域效应，在催化剂内部形成短程、高效的电子传输通道，从而强化O₂吸附并通过π^*轨道有效削弱O-O键，实现在温和条件下对O₂的直接、高选择性的单线态氧转化。该体系在无偏压、仅曝气条件下，其活性氧物种生成速率和污染物降解性能可与传统化学氧化剂体系相媲美，而运行成本降低了约100倍。同时，该催化体系在复杂水体中表现出优异的稳定性和普适性，可应用于污染物降解、无机离子转化及细菌灭活等领域。这项研究为构建可持续、高效的分子氧活化体系提供了新的设计范式，为下一代能量中性催化技术的发展奠定了重要基础。

邻近双位点协同驱动的分子氧电子转移活化机制示意图

哈工大为论文第一通讯单位。环境学院博士研究生陈曦为论文第一作者，环境学院王爱文副研究员、刘冬梅教授和博士研究生曹阳等为论文共同作者，王威教授为论文第一通讯作者，中国科学技术大学刘贤伟教授为论文共同通讯作者。马军院士对该工作予以重要指导。

该研究工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金、城乡水资源与水环境全国重点实验室自主课题等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67706-4