钱雅洁教授Nature Communications：揭示过渡金属诱导高碘酸盐活化的“水合金属电荷密度”控制机制

      近日，我院钱雅洁作为第一作者在国际权威学术期刊Nature Communications发表研究成果，论文题为“Hydrated Metal Charge Density as a Universal Descriptor Explaining Mechanistic Variations in Periodate Activation Toward Pollutant Degradation”（水合金属电荷密度：揭示高碘酸盐活化降解污染物机制演变的通用描述符）。

基于高碘酸盐（PI）的高级氧化技术在水处理领域应用潜力大。然而，不同过渡金属活化PI的机制存在显著差异，长期以来学术界缺乏一个通用的物理化学指标来统一描述和预测这些差异。

针对这一难题，研究团队系统地探究了第八族金属（Fe, Ru, Os）活化PI的内在规律。研究发现，尽管同族元素具有相似的价电子构型，但其活化PI的路径迥然不同：Fe(II)和Ru(III)倾向于通过氧原子转移（OAT）途径生成高价金属氧基物种（HVMO），表现出极强的选择性；而Os(III)则通过单电子转移（SET）途径产生羟基自由基（·OH），实现有机污染物的非选择性快速矿化。

 图1. 过渡金属活化高碘酸盐过程中，由电荷密度调控的单电子转移与氧原子转移路径的分化机制

理论计算表明，在第八族金属（Fe→Ru→Os）中，递增的电荷密度发挥着双重调控作用：一是增强亲氧性，使Os(V)=O键极度稳固，从根本上抑制了OAT路径；二是削弱了金属中心对电子的束缚能力，显著降低了SET路径的能垒，从而促进了高效非选择性·OH的生成。该研究确立了“水合金属电荷密度”作为控制氧化路径分化的通用描述符，成功破解了不同过渡金属活化机制难以统一的难题，为未来高效、低成本高级氧化水处理技术开发提供理论支撑。

该研究成果由东华大学环境科学与工程学院钱雅洁教授联合同济大学相关科研团队共同攻关完成，东华大学为论文第一完成单位。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

        论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69496-9