近日，华东理工大学邢明阳教授团队在AMR发表述评文章“Application-Oriented Advanced Oxidation Processes: Key Challenges and Pathways toward Large-Scale Deployment”。不同于以往研究仅关注材料本征性能优化的研究范式，该述评文章主张将工程可行性、经济可持续性和环境安全性作为材料创新的核心驱动力，通过建立“应用场景-材料设计-工艺匹配”的闭环研发体系，实现从实验室基础研究到规模化应用的有效推进。

关键词：高级氧化技术，环境功能材料，产业端驱动，低碳低毒化，可持续设计

1 文章内容简介

基于环境功能材料的高级氧化技术，被广泛认为是实现工业污染深度治理与协同碳减排的关键技术支撑。然而，当前该领域仍普遍存在从实验室到工程应用之间的显著断层，大量实验室毫克级尺度下表现“优异性能”的材料，往往难以满足实际工程处理中吨级规模、连续运行和复杂工况下的应用需求。这一核心矛盾并非单一材料问题，而是源于现有研究范式长期过度聚焦材料本征性能的极限突破与催化反应机理的精细解析，却在很大程度上忽视了规模化应用过程中不可回避的低成本性、可持续性、稳定性以及低碳与安全性约束等关键要素。

为此，本述评结合团队自主研发的低成本多功能海绵复合材料，有效诠释了如何将实验室层面的材料设计、机制探究与实际应用紧密结合，创新性提出从“以材料为中心”的研究范式转向“以真实工况需求为导向”的低碳低毒化设计思路（如图1）

图1 低成本多功能海绵复合材料从基础研究走向实际应用

其核心思路为：首先，以真实工程场景需求为牵引，反向指导材料的功能定位与优化设计；其次，通过装备研发与材料适配，在反应器尺度上放大材料的有效性能，实现材料能力向系统效率的转化；进一步引入全生命周期评价（LCA）与技术经济分析（TEA），从源头对能耗、碳排放、成本与环境风险进行系统约束，确保技术路径在环境与经济层面的可持续性；最终，通过行业标准构建与工程示范验证，推动技术模式的规范化、可复制化与规模化推广，缩短从实验室成果到工程应用之间的转化周期，为“双碳”目标下环境功能材料的工业化应用提供可行路径（如图2）。

图2 一种面向工业化应用的闭环研究范式

2 AMR：您在文章中重点介绍了多功能海绵复合材料，能否请您结合该材料从实验室基础研究走向实际应用的转化过程，分享一些关键思考和经验体会？

作者团队：

我们认为，面向产业应用的材料研发并不是简单地“用已有成果去匹配既定需求”，而应当是一个产业需求牵引与应用场景再发现的相互反馈、持续迭代的过程。很多时候并不是我们的研发结果正好能匹配产业的需求，更多的时候是在研发的过程中，我们衍生出了很多其他惊奇的发现，然后我们根据这些发现再去主动寻找应用场景。以多功能海绵复合材料为例，我们最初关注的是其在河道藻类去除中的应用。然而在研究过程中，我们意外发现该材料不仅能够有效去除藻类，还可以对藻类进行浓缩和富集，更有意思的是，富集后的藻类在重新获得光照和适宜生存条件后仍具有一定活性，这一发现促使我们将该技术迁移到了高经济价值藻类的回收与资源化利用领域。类似地，我们也将其拓展到废水预处理、固体颗粒物吸附、除氟、除磷等场景。同时，该材料还可以作为功能载体，负载我们前期研发的二硫化钼、单原子催化剂、石墨烯等活性组分，从而构建具有催化反应能力的复合体系，用于废水的低碳治理与资源化转化。这又可以将实验室基础研究中提出的“无机助催化”、“酸性微环境调控”和“碳层保护”等机制进一步融入材料设计中。同时在研发过程中，我们通过技术迭代，不断降低材料成本，优化材料的稳定性、关注全过程的安全性等等，最终推动这类功能材料从实验室样品走向可规模化应用的工程产品。

3 AMR：您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

过去数十年间，环境功能材料领域在可控合成方法学、规模化装备开发及工程化应用等方面取得了突破性进展，为环境污染治理提供了重要的技术支撑体系。然而，我们必须清醒认识到，实验室研究成果与产业化需求落地之间仍存在着较大的转化鸿沟。要想实现从“科学发现”到“工程应用”的跨越，必须建立“产业问题导向-科学机制解析-材料精准设计-工程验证优化”的闭环研发范式，通过深度解析实际应用场景中的关键瓶颈问题，并将其凝练为可量化的关键科学问题，进而指导的材料优化设计与机制深挖，而后再投入到实际工况下去验证。我们呼吁在未来的研究中要秉持“产业需求驱动材料设计”的逆向思维模式，借助学科交叉的手段（如人工智能赋能、动态LCA评估、安全性评估等），有效推动环境功能材料从实验室走向产业化应用，最终实现资源消耗型向资源循环型的可持续发展转变。

作者团队简介

邢明阳，华东理工大学化学与分子工程学院教授、博士生导师；基金委创新群体(B类)、国家杰出青年基金等项目获得者。主要研究领域为芬顿、压电催化、纳米光催化等高级氧化与还原技术在环境污染控制与资源化领域的基础与应用研究。共发表SCI论文190篇，被引22000余次，h-因子为80。以第一/通讯作者在Nat. Water、PNAS、Nat. Commun.、CHEM、Angew. Chem. Int. Ed.、JACS、AMR、ES&T、WR等期刊上发表论文140篇，35篇入选ESI高被引论文；获上海市自然科学奖一等奖（第一完成人）、侯德榜化工科学技术奖青年奖、“庄长恭、吴蕴初化学化工科技进步奖”青年奖、上海市优秀学术带头人等奖励与称号；并入选“中国青年报主办的2025 ‘强国青年科学家’引领计划”、“ACS Environ. Au 2024环境研究明日之星”、“2021～2025年爱思唯尔中国高被引学者”、“2024年科睿唯安全球高被引学者”。

姜越，华东理工大学化学与分子工程学院特聘副研究员、硕士生导师。研究方向为低毒化水污染控制芬顿化学。目前以第一/通讯作者在PNAS、Angew. Chem. Int. Ed.、AMR、ES&T（封面文章）、Water Res.上发表代表性论文16篇，入选ESI高被引2篇，封面文章1篇，以第一发明人身份授权国际/国内发明专利5项，受邀参编英文专著1章（排名1/3），团体标准1项（排名7/8）。入选全国博士后创新人才支持计划、上海市晨光学者计划、上海市“超级博士后”激励计划，主持国家自然科学青年基金、上海市科技启明星培育“扬帆专项”项目等国家/省部级科研项目11项，企业产学研横向项目2项。作为第一指导教师指导学生获中国国际大学生创新大赛上海市金奖，获评第九届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛优秀指导教师。

扫码阅读邢明阳教授团队的精彩Account文章：

Application-Oriented Advanced Oxidation Processes: Key Challenges and Pathways toward Large-Scale Deployment

Yue Jiang and Mingyang Xing*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.6c00036

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