Page 8 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2020年第5期

华 中 农 业 大 学 学 报 第 ３９ 卷
２
或含氧的 非 自 由 基 衍 生 物, 主 要 包 括 羟 基 自 由 基 的生成. Xu 等 [ １６ ] 研究了草酸铁的光化学行为, 结
－ )、 单 线 态 氧 果表明氧气分子活化产生的 O ２ 可以与 Fe 反应
２＋
－
( OH )、 超 氧 阴 离 子 自 由 基 ( O ２
１
)
( O ２ 和过氧化氢( H ２O ２ 等. 生成 OH . Din g 等 [ ９ ] 则发现在 Fe＠Fe ２O ３ 电化学
)
1.1 羟基自由基 系统中, 电化学反应生成的 O ２ 等活性氧物种可
－
羟基自由基( OH ) 是氧化能力最强、 反应活性 以与 Fe＠Fe ２O ３ 核壳纳米线结构发生类芬顿反应生
最高的活性氧物种, 具有强电负性和高氧化电极电 成 OH .总之, 芬顿反应及类芬顿反应的本质都是
位( ２．８V ), 可以与绝大部分的生物分子和有机物发
借助其他途径产生的额外电子促进 H ２O ２ 分解产生
生包括氢抽提、 氧化分解、 电子转移和加成反应在内
OH . 此外, 光催化 反 应、 电 催 化 反 应 等 都 是 产 生
的不同类型的化学反应 [ １１Ｇ１２ ] .
OH的常见方法 [ ７ , ９ ] , 比如: 在光的激发下, 具有合
羟基自由基是高级氧化技术中最主要的活性物
适能带位置的 TiO ２ BiOCl 、 Bi ２MoO ６ 等光催化剂产
、
种, 几乎能在所有的高级氧化过程中产生.芬顿法
[ ２ , ７ , １７ ]
生的 空 穴 可 以 直 接 氧 化 水 分 子 生 成 OH
是产生 OH 最经典的方法之一, 最早于 １８９４ 年被
( 图 ２B ).而电催化进程中, 阴极易于发生两电子转
法国科学家 Fenton 等 [ １２ ] 发现.近年来, 研究者还
移的氧气还原反应, 所产生的 H ２O ２ 在催化剂作用
２＋
发展了以零价铁、 其他过渡金属或生物炭替代 Fe
[ ９ ] ( 图 ２C ).
催化剂的类芬顿法, 以及光化学或电化学作用结合 下会进一步分解生成 OH
芬顿 反 应 所 构 成 的 光 芬 顿 或 电 芬 顿 体 系 [ １３Ｇ１５ ] 目前羟基自由基的检测方法主要有以下 ３ 种:
( 图 ２A ).例如 Luo等 [ ５ ] 发现利用酸修饰的生物炭 ( １ ) 自 旋 捕 获 法, ５ , ５Ｇ 二 甲 基 Ｇ１Ｇ 吡 咯 啉 ＧNＧ 氧 化 物
替代 Fe 催化剂活化过氧化氢, 可以产 生 大 量 的 ( DMPO ) 是常见的自旋捕获剂 [ １８ ] ;( ２ ) 荧光发光法,
２＋
OH .酸处理的生物炭有助于持久性自由基的产 利用对苯二甲酸和香豆素等探针分子与 OH 反应
生, 而持久性自由基可以通过 C＝C 、 C＝O 、 吡啶酮 Ｇ 生成的强荧光产物进行检测 [ １９ ] ;( ３ ) 化学发光法, 常
,
N 和吡啶 ＧN 将单电子转移给 H ２O ２ 进而促进 OH 见的化学发光试剂有邻苯二甲酰肼 [ ２０ ] .

A : 芬 顿 法、 光 芬 顿 法 和 电 芬 顿 法; B : 光 催 化 法; C : 电 催 化 法. A : Fenton method , p hotoＧFenton methodandelectroＧFenton method ;
B : Photocatal y ticmethod ; C : Electrocatal y ticmethod．
图 ２ 羟基自由基的不同产生途径
Fi g ．２ Differenta pp roachtog enerateh y drox y lradical
1.2 超氧阴离子自由基 成 [ ２２ ] .光催化和电催化都 是 生 产 O ２ 的 有 效 方
－
－
－ ) 是一种具有 １７ 个 式.电催化还原氧气生成 O ２ 是最方便、 有效的
超氧阴离子自由基( O ２
电子的顺 磁 性 活 性 氧 物 种, 其 未 成 对 的 电 子 使 得 方法, 因为该方法相对简单、 效率高且 无副产物生
O ２ 具有一定的反应活性, 因此 O ２ 可以作为氧 成.在光催化反应过程中, 光激发产生的光生电子
－
－
化剂或转化为其他高活性的活性氧自由基, 进一步 亦可直接还原氧气分子, 生成 O ２ － .利用光催化
促进有机污染物的氧化降解 [ ９ ] . O ２ 是氧气分子 技术活化分子氧已经进行了大量研究, O ２ 被认
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克服自身反应禁阻的产物之一, 具有阴离子和自由基 为是最主要的分子氧活化产物 [ １７ , ２３Ｇ２４ ] . Xu 等 [ ２３ ] 发
的双重特性, 其氧化能力有限, 但化学选择性好, 在大 现( ００１ ) 晶面钼酸铋材料有助于光催化活化分子氧,
气污染治理和有机废水处理方面具有显著效果 [ ２１ ] . 其中电子转移过程促进 O ２ 生成, 能量转移过程
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超氧阴离子自由基主要通过氧气得电子还原生 促进 O ２ 生成.与此同时, O ２ 也可 以与其他活
１
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