土壤環境中多環芳烴(PAHs)的去除對于修復長期受損的生態系統具有重要意義。然而，大多數傳統方法中較差的傳質過程和較低的催化活性導致去除效率有限。一組科學家構建了一種梯度氟摻雜羥基磷灰石核殼結構(HAP@FAP)，具有撓曲電和壓電耦合效應，可降解土壤中的多環芳烴，為土壤修復提供創新方法。他們的研究成果于 2023 年 10 月發表在《工業化學與材料》雜志上 。

傳統土壤修復方法中傳質過程差仍然是阻礙其進一步應用的重要因素。近年來，壓電催化作為一種??新的能量轉換技術得到了發展。機械振動(超聲波或攪拌等)可以引起壓電催化劑的晶格畸變，加速土壤系統中的傳質，從而增強壓電催化對土壤中PAHs的降解，在土壤修復方面顯示出巨大的潛力。

羥基磷灰石(Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , HAP)作為天然礦物壓電催化劑，在壓電催化土壤修復領域表現出獨特的環境友好優勢。然而，最大的挑戰是HAP的壓電系數較弱(1-16 pm V -1)，導致催化活性較低。“如何構建具有高壓電催化活性的HAP基礦物壓電催化劑用于土壤修復是我們團隊努力的方向，”蘇州大學教授陸建梅解釋道。

研究人員通過簡單的離子交換方法成功制備了梯度F摻雜HAP@FAP核殼結構，通過內置應變梯度誘導壓電性和撓曲電性耦合效應，增強了壓電催化活性。通過土壤(200 mg kg -1 )中菲(PHE)的氧化降解來評價催化劑的壓電催化活性。HAP@FAP表現出優化的壓電催化活性，在超聲波振動120分鐘下可以降解79%的PHE。這明顯優于具有固溶體結構的原始 HAP 和 F-HAP。此外，還考察了催化劑用量、水土比和超聲波功率對降解性能的影響。

研究團隊還提出了壓電極化引起PHE退化的可能機制。在梯度F摻雜核殼方向產生的晶格應變梯度誘導的撓曲電增強了壓電催化活性。在連續超聲振動下，HAP@FAP中的極化電場將電荷載流子驅動至表面，產生活性氧，將PHE氧化降解，最終生成CO 2 和H 2 O，達到土壤污染物無害化處理的目的。

展望未來，研究小組希望他們的工作能夠為壓電催化劑的改性提供見解，以修復工業用地受有機物污染的土壤。“我們下一步計劃擴大規模，以實現產業化應用的最終目標。我們開發的催化劑有望應用于污染工業用地的各種持久性有機污染物，例如多氯聯苯和萘。”

研究團隊包括來自蘇州大學的韓軍、田文柔、苗葉、李娜君、陳冬云、徐慶峰、李華和陸建梅。

該研究得到國家自然科學基金、國家科技攻關計劃、江蘇省領先技術基礎研究項目和江蘇省高等學校優勢學科建設項目(PAPD)的資助。