近日，我校熊宇杰教授团队与合作者成功研发了基于膜电极组件的电化学水处理器件，有效解决了传统电化学水处理技术难以规模化和易产生二次污染的问题。该器件能够高效去除水体中低至纳克级的持久性有机污染物，为可持续水质净化提供了新的解决方案。相关研究成果以“Scalable flow-through device for electrochemical water treatment without secondary pollution”为题，发表于《自然·可持续性》（Nature Sustainability，DOI: 10.1038/s41893-026-01799-7）上。

目前，药物、内分泌干扰物等持久性有机污染物已广泛进入自然水环境。即使是痕量的浓度，这类污染物也会对生态和人类健康造成危害。欧盟于2024年新推出的指令要求，大型污水处理厂需增加四级处理工艺以去除这些微污染物。然而，传统电化学高级氧化技术因需要添加支持电解质、仅利用半电池反应以及有效反应面积小等问题，在实际应用中受到限制。

针对这一问题，研究团队创新性地将气体扩散电极与电化学活性膜电极相结合，组装了膜电极组件（MEA）水处理系统，实现了阴极氧还原反应和阳极氧化反应的耦合增效。该系统借助阴离子交换膜的电荷传导功能，无需外加支持电解质，同时能够有效阻止逆反应。阴极产生的活性氧阴离子能够穿过膜层到达阳极，与阳极的活性氧物种协同作用，显著提高降解污染物的效率，并大幅降低能耗。

该器件的核心电极材料经过精心设计，阴极采用低成本的氧化炭黑基气体扩散电极，阳极则选用氧化物三维多孔电化学活性膜电极。在2伏的低电压下，该器件对16种典型持久性有机污染物的去除率超过92%。该器件的实际应用潜力突出，能够适应 pH 值在 1 到 11 之间的宽酸碱范围。即使使用空气替代纯氧，其性能也不会衰减。该器件能够深度去除浓度为 500 纳克/升的超痕量污染物，连续运行稳定性超过 5000 小时。此外，该器件可通过并联或串联堆叠的方式，灵活调控处理量和矿化深度。对于医院废水，100平方厘米的大尺寸反应器件对三氯生和戊二醛的去除率分别超过90%和80%。此外，该器件还可以结合太阳能，实现户外无泵驱动水处理。生命周期技术经济分析表明，该工艺每吨水的处理运营成本仅为2.32美元。随着处理规模的扩大，单位处理成本有望进一步降低。

该论文的第一作者为我校崔晓峰副教授、段文松教授，以及中国科学院上海高等研究院的彭词研究员；通讯作者为我校熊宇杰教授，以及中国科学技术大学的俞汉青院士；安徽师范大学为该论文的第一完成单位。

这是我校首次在Nature Sustainability杂志刊文，该杂志是交叉学科领域国际著名的TOP期刊，属于Nature大子刊，旨在推动环境科学、工程、材料、绿色化学、清洁能源和其他相关领域多学科交叉，从自然、社会和工程领域广泛发表关于可持续发展的重要原创研究。