硫酸根自由基是一类新型的强氧化性自由基，其氧化能力与羟基自由基相当，同时最适pH更宽，存活时间更长，因此对水中的有机污染物降解效果更好，是目前国际上的研究热点。目前，获得硫酸根自由基的主流方法是使用金属氧化物（以Co为代表）活化过硫酸盐或过二硫酸盐。虽然已有大量的研究证实了这种方法的有效性，但需要额外投加化学试剂，不但增加运行成本，而且带来很大的二次污染风险。硫酸根在水中十分常见，浓度范围很宽（从几个毫克每升到几十克每升不等）。本研究以光催化反应热力学原理为指导思想，首次提出使用具有宽带隙和高价带的光催化剂BPO，通过其高价带电位氧化反应对硫酸根进行活化在中性pH条件下原位生成硫酸根自由基的概念和方法（i-PCAS），通过对2,4-DCP等多种有机物的降解、捕捉剂实验、ESR测定、DFT计算等多个角度证实了这一方法的可行性和有效性。i-PCAS利用水中的硫酸根产生硫酸根自由基，完全不需要额外使用过硫酸盐或过二硫酸盐，降低成本的同时避免了二次污染。这一发现为人们提供了更加简单、绿色、廉价的方法和途径获得硫酸根自由基，强化水中有机污染物的降解，具有重要的科学价值和环境意义。相关成果于2017年被Environ. Sci. Technol. (IF 5.393)接收发表，并被选为主页亮点新闻（Highlighted News）。

电絮凝法（Electrocoagulation, EC）是一种传统的电化学技术，它是靠在电化学氧化作用下溶解阳极产生絮凝剂，达到去除水中污染物的目的。传统的EC法是将牺牲阳极和阴极直接用导线连接，通过控制电流来控制絮凝剂的生成。在高强度的腐蚀环境中，导线和电极的连接处具有极大的腐蚀应力，一旦腐蚀会大大增加连接处的电阻甚至断路，给实际运行维护带来很大的麻烦。为了解决这一问题，本研究提出用双极电化学的方法构建无线电絮凝反应体系（Wireless Electrocoagulation, WEC），通过两端驱动电极在溶液中产生的电位梯度对溶液中的牺牲电极进行极化，结果是牺牲电极内部成为一个等势体，外部和溶液之间存在电位差，靠近驱动电极阳极一侧电位最负，靠近驱动电极阴极一侧电位最正，通过这种导体表面和溶液之间的电位差驱动牺牲电极的腐蚀，产生絮凝剂。实验结果证明，絮凝效果主要取决于牺牲电极的几何特征如长度、在电场线垂直方向的投影面积、以及电极的个数等，而与电化学参数无关。通过设置H型电极，将电极材料用量降低40%，并且允许任意数量的电极同时无线工作，完全避免了由电极连接导致的问题，是一种极具开发潜力的新型电絮凝技术。相关成果于2017年被Electrochim. Acta(IF 4.803)直接录用发表。

阳极材料的化学性质和结构是影响微生物燃料电池性能的重要因素，尤其是电极的导电性、稳定性和孔结构具有更为重要的作用。本研究制备了一种新型多孔结构的块体Ti4O7电极，该电极具有与石墨相当的导电性，与陶瓷相当的稳定性，其独特的大孔结构更加有利于产电微生物的附着生长和界面电子传递。MFC结果表明，Ti4O7阳极比碳布能够产生更高的功率密度和更好的稳定性。此外，Ti4O7能够从TiO2获得，价格低廉，是真正意义上的绿色电极材料。相关成果被国际材料化学领域顶尖级杂志Journal of Materials Chemistry A (IF 8.262)接收发表，并被X-MOL选为亮点新闻。

新闻报道链接：http://www.x-mol.com/news/4629

阳极材料的化学性质和结构是影响微生物燃料电池性能的重要因素。本研究报道了一种以三聚氰胺海绵制备的高效阳极材料，该材料具有良好的导电性、较高的氮掺杂效率、以及适合微生物附着生长的大孔结构，在增大生物量的同时强化生物和电极之间的作用。更重要的是大孔结构不会发生生物堵塞，传质效果更好，因此在纯培养条件下获得了比传统碳材料更高的活性和稳定性。相关成果被国际能源材料领域顶尖级杂志Advanced Energy Materials (IF 15.230)接收发表。

新闻报道链接：http://www.materialsviewschina.com/2016/12/step-three-dimension-hole-nitrogen-containing-graphite-electrodes-prepared-by-carbonization-enhance-the-microbial-fuel-cell-performance-of-new-materials/

微生物燃料电池（MFC）的性能受限于阴极氧还原反应，因此开发中性pH条件下高效廉价绿色的催化剂是解决这一问题的重要途径，是目前的研究难点和热点之一。本研究采用自然界普遍存在的多孔生物质（柚子皮）为载体，采用简单绿色的一步烧结法制备了Fe3C/WC/GC催化剂，在MFC获得了比Pt/C更高的功率密度和稳定性。此外，我们使用DFT计算的方法验证了Fe3C的表面能够有效吸附氧分子并使氧分子的pi键断裂，大大降低了氧还原反应的活化能，首次从理论角度证实了Fe3C对氧气分解具有很高的活性。相关研究成果被国际材料界面权威期刊ACS Applied Materials & Inferfaces (IF 7.145)接收发表。

水中的硝酸盐去除是水处理界长期面临的一个难题，传统的方法普遍存在效率低、选择性差，副反应难于控制等问题。本研究首次报道了非线性光学材料高效光催化还原水中的硝酸盐，去除率98%，氮气选择性高达95%。不同于传统的半导体材料，非线性光学材料具有独特的内极化效应，有效避免了空穴和电子的复合，硝酸盐主要是在导带与电子直接发生还原，因此具有更高的还原效率和稳定性。该研究为高效、简单、绿色去除水中硝酸盐提供了新思路、新材料和新方法，相关成果于2016年被国际环境领域顶尖级杂志Environmental Science and Technology (IF 5.393)接收发表，并被选为ES&T主页的亮点新闻 (Highlighted news)。

电化学法在水处理中有着巨大的应用价值，但电极材料是限制其发展的瓶颈。本研究制备了一种新型多孔结构的块体Ti4O7电极，该电极具有与石墨相当的导电性，与陶瓷相当的稳定性，比BDD电极更高的析氧电位。Ti4O7的成本是BDD的20%，并且可以从TiO2获得，是真正意义上的绿色电极材料。Ti4O7对实际工业废水二级生化出水具有良好的去除效果，能够将废水的可生化性提高2个数量级，相关成果于2016年发表在国际电化学领域知名期刊Electrochimica Acta (IF 4.803)上。

在水处理中，消毒一直是人们关注的重点和热点之一。本研究报道了碳纳米管用于电解池的阴极，通过其特殊的表面特性催化氧气还原生成氧活性物质，能够有效灭活水中的微生物，对实际废水中的细菌总数去除率可高达99.99%。该研究为发展新型的电化学水处理消毒技术提供了新材料和新方法。相关成果于2016年发表在ChemElectroChem (IF 3.506)上。

正向渗透(FO)是一种全新的膜技术，目前使用的有机膜材料存在内部浓差极化大、盐截留率低、机械强度差、化学稳定性差等问题。本研究以薄层不锈钢网为基体，以正硅酸乙酯为前驱物合成了一种具有准对称结构的无机FO薄膜，水通量是商用膜的2倍，盐截留率与其相当，同时具有良好的机械强度。相关成果于2013年发表在国际环境领域顶尖级期刊Envieonmental Science and Technology (IF 5.393)上，被选为主页亮点新闻。

课题组在微生物燃料电池阳极材料改性上取得了最新成果，发表在材料学国际顶尖级杂志Advanced Materials（影响因子18.960）上。

课题组在微生物燃料电池阴极催化剂研究领域取得了最新成果，发表在能源材料学国际顶尖级杂志Advanced Energy Materials（影响因子15.230）上。