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鐵基非晶合金作為亞穩(wěn)態(tài)新型零價(jià)鐵，具有高活性亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)、較大的殘余應(yīng)力和高密度低配位點(diǎn)等特性，在催化和廢水處理中引起了廣泛的關(guān)注；但由于腐蝕產(chǎn)物沉淀覆蓋活性位點(diǎn)，非晶合金的反應(yīng)活性隨著時(shí)間的推移而逐漸降低，導(dǎo)致耐用性差。腐蝕產(chǎn)物沉淀造成長(zhǎng)期反應(yīng)活性降低也是阻礙傳統(tǒng)晶態(tài)零價(jià)鐵技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用的主要問題之一。

近日，清華大學(xué)姚可夫教授和邵洋副教授等人在Science China Materials上發(fā)表研究論文，通過在鐵基非晶合金中引入納米尺度的化學(xué)不均勻性，有助于構(gòu)成局部原電池效應(yīng)，加速電子在降解過程中的轉(zhuǎn)移，可以有效地克服上述問題。

更重要的是，非晶合金中的零價(jià)鐵被選擇性腐蝕/脫合金，導(dǎo)致反應(yīng)區(qū)域局部體積收縮和裂紋形成，裂紋擴(kuò)展使沉淀腐蝕產(chǎn)物和反應(yīng)區(qū)域自剝落。因此，可以連續(xù)提供新的低配位，消除質(zhì)量傳遞和反應(yīng)活性惡化的問題。本文所制備的具有成分不均勻的鐵基非晶合金即使在中性溶液中也具有良好的長(zhǎng)期反應(yīng)活性和自更新性能。

圖1 制備的鐵基非晶合金Fe-MGI對(duì)橙II溶液的降解。

圖2 制備的Fe-MGI與報(bào)道的零價(jià)鐵的循環(huán)穩(wěn)定性比較。

研究結(jié)果不僅為廢水處理提供了一種新材料，而且為設(shè)計(jì)高活性零價(jià)鐵材料提供了一種新思路。該研究成果最近發(fā)表于Science China Materials, 2019, doi: 10.1007/s40843-019-1205-5。