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耶鲁大学|孙猛&Menachem Elimelech教授Nat. Commun. : 膜中“双面神”，让单线态氧合成更快更高效！

科学材料站

2020-12-07

导读：该工作提出一种Janus电催化膜，通过快速穿流式电过滤过程，在不添加化学前体的情况下，实现超高效、高选择性的1O2合成(每立方米过滤液6.9 mmol)和低电能消耗(每立方米过滤液耗电13.3 Wh)

文章信息

双面电催化膜高选择性合成单线态氧

First published：December 4，2020

第一作者：Yumeng Zhao

通讯作者：孙猛*，Menachem Elimelech*

单位：耶鲁大学

研究背景

考茨基在1938年的开创性工作揭示了一种令人兴奋的分子氧形式——单线态氧(1O2)，这种氧后来被证明在化学和生物医学领域起着关键作用。这种独特的氧的非自由基衍生物，与羟基一起，被认为是活性氧物种中最活跃的。

与寿命短且无选择性的羟基相比，亚稳定的1O2具有未占据的π*轨道，对富含电子的物质例如药物、不饱和生物分子和微生物病原体具出高选择氧化性。因此，1O2靶向反应被广泛应用于水质净化、肿瘤光动力治疗和绿色有机合成。

文章简介

近日，耶鲁大学孙猛（Meng Sun）博士，Menachem Elimelech教授在Nature Communications (影响因子：12.121)上发表题为“Janus electrocatalytic flow-through membrane enables highly selective singlet oxygen production”的研究工作。

该工作提出一种Janus电催化膜，通过快速穿流式电过滤过程，在不添加化学前体的情况下，实现超高效、高选择性的1O2合成(每立方米过滤液6.9 mmol)和低电能消耗(每立方米过滤液耗电13.3 Wh)。

研究证实，由阴极膜侧的电催化氧还原引发，随后由阳极膜侧的H2O2氧化终止的基于超氧自由基介导的链式反应对1O2的产生至关重要。研究还揭示了膜内多孔结构诱导的微纳限域效应增强了膜内物质传质和电荷转移，是1O2高效合成的关键。该研究提出了一种新颖用于合成1O2的新颖电过滤方法和膜材料设计策略，在环境污染修复领域具有潜在应用价值。

本文要点

要点一：本文开发了一种Janus电催化膜，它利用不同膜区域的顺序还原-氧化反应，通过穿流式电过滤实现超高效的1O2合成。

要点二：这种自动化、可持续和可扩展的高效1O2生产和利用方法在多种应用中具有巨大潜力，包括环境修复中的水体目标污染物降解和原位传感、绿色有机合成和生物医学工程。

要点三：该工作所提出的Janus电催化膜结构设计将为未来发展智能化高性能、多功能电催化膜独辟蹊径。

文章链接

Janus electrocatalytic flow-through membrane enables highly selective singlet oxygen production

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20071-w

通讯作者介绍

孙猛（Meng“ Chris” Sun），现耶鲁大学Elimelech教授研究组担任博士后研究助理。

博士毕业于中国科学院生态环境研究中心，师从曲久辉院士。主要研究方向：（1）电化学水处理膜材料研发；（2）电化学强化膜分离耦合污废水高质处理与安全再生利用技术。以第一及通讯作者发表SCI论文20余篇，包括Environ. Sci. Technol., Environ. Sci. Tech. Let., Nat. Commun., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Nano today等，其中ESI高被引论文5篇，总引用近1800次，H-index为19。

https://elimelechlab.yale.edu/people/meng-chris-sun