绿色催化治污新突破|新国大苏研院李俊团队在《Advanced Materials》发表最新科研成果
近日，新加坡国立大学苏州研究院生物医疗与健康科技创新平台首席研究员李俊、研究员温玉婷及其团队成员在环境修复与生物催化领域取得重要突破，最新研究成果发表在材料科学领域知名期刊《Advanced Materials》上。团队创新性地构建了一种名为Gel/BC-HRP 的复合催化材料。该材料在过氧化氢存在下，对酚类污染物展现出优异的催化氧化性能，为绿色、高效的水体修复技术提供了新思路。
研究背景
随着全球人口增长与工业发展，大量酚类有机物进入水体，对生态环境和人类健康构成严重威胁。传统的废水处理方法普遍存在效率有限且能耗高等问题，而酶催化技术虽具备条件温和、环境友好等优点，却受限于酶难以回收、无法连续使用等瓶颈，其实际应用受到了制约。酶固定化是应对上述难题的有效途径，但常规固定方法往往导致传质阻力增大，催化效率下降，削弱了固定化的优势。因此，如何在固定酶的同时保持甚至提升其催化性能，成为当前水处理领域面临的重要挑战。
研究结果
研究团队将生物炭（Biochar，BC）引入聚丙烯酰胺水凝胶网络中，用于封装辣根过氧化物酶（Horseradish Peroxidase, HRP），成功制备出新型复合催化剂Gel/BC-HRP，通过“微环境调控”机制提升催化性能。研究表明，这种Gel/BC-HRP复合水凝胶展现出优异的催化活性。与未掺杂生物炭的对照组相比，Gel/BC-HRP的反应动力学常数提高了91.4倍。在极低氧化剂/污染物浓度下，其转化频率（TOF）高达20.4 min-1，这一数值超过了目前报道的最先进的单原子类芬顿催化系统。同时，该催化剂在连续流反应器中运行45小时仍保持高效，且在8次循环使用后仍能保持约60%的去除效率，展现出优异的复用性。此外，该系统具有广泛的适用性，不仅能在宽pH范围（5.0-9.0）和不同温度下高效工作，还能有效降解双酚A、抗生素等多种复杂有机污染物。
▲构建富电子-缺电子双域微环境策略
▲Gel-HRP和Gel/BC-HRP催化剂的催化反应效果、催化剂循环性能及连续催化反应性能
应用前景
本研究成功证实了通过构建电子分布差异化的微环境，可以彻底打破酶固定化的传质限制。这一突破不仅为开发绿色、低碳、高效的水处理生物催化剂提供了新范式，也为解决环境修复中的可持续性难题提供了重要的技术支撑。从技术应用角度来看，该复合水凝胶制备工艺绿色、成本低廉（生物炭源自碳化猪粪），且反应过程无需额外光、电、热输入，具有广阔的工业化应用潜力。未来，该团队将进一步优化该微环境调控策略，推动其在更广泛的复杂废水治理领域实现应用。
