近日，农业农村部环境保护科研监测所重金属生态毒理与污染修复创新团队创新研制炭基铁单原子功能材料，厘清了材料微观结构与砷去除效能之间的定量关系，阐明该材料对As(III)的吸附-氧化协同作用机制及环境应用潜力。相关成果发表于国际期刊《先进科学》（Advanced Science）。论文题目为Single‐Atom Iron Sites Enable Enhanced Arsenic Removal From Water Through Synergistic Adsorption‐Oxidation。

水环境砷污染广泛分布于地下水、河湖水体等介质，其中As(III)毒性强、迁移性高、治理难度突出。常规铁基材料虽可实现砷吸附去除，但普遍存在铁活性位点利用率偏低、活性组分易团聚、存在铁浸出风险等短板，制约材料长期稳定应用。针对上述难题，研究团队将铁活性中心以单原子形态锚定于富氮多孔炭载体上，构筑原子级分散的铁活性位点，有效提升铁利用效率与材料稳定性。

研究结果表明，引入铁单原子可显著增强炭载体对As(III)的吸附速率、去除效能和氧化转化能力。经铁含量归一化处理后，材料As(III)吸附容量最高达39833 mg·(g Fe)^-1，实现极高铁活性位点利用效率；同时在复杂水化学条件和天然实际水体中表现出抗干扰能力、铁组分稳定性与循环再生性能。材料对As(III)的吸附氧化过程由多重作用协同驱动。结合多维光谱表征与理论计算证实，As(III)可通过Fe-O-As单齿内球络合、含氧官能团络合、沉淀作用、氢键及静电吸引等多途径被高效捕获；原子级分散的铁活性位点能活化分子氧，选择性生成单线态氧，促进高毒As(III)氧化转化为低毒As(V)。该研究为废弃生物质高值利用、涉砷水体风险防控及新型环境修复材料开发提供理论支撑与技术思路。

该研究得到中国农业科学院科技创新工程、国家自然科学基金、国家重点研发计划和天津市自然科学基金等项目资助。

论文链接：http://doi.org/10.1002/advs.76858