在生态文明建设与“双碳”战略共同推进的背景下，传统水处理技术面临能耗高、药耗大等绿色低碳发展新挑战。现有高级氧化技术虽能有效降解污染物，但其运行高度依赖外部能量输入与化学氧化剂，限制了其绿色低碳发展潜力。溶解氧作为一种绿色、廉价的氧化剂，其高效活化通常需要持续电子供给，限制了其在无外加光电输入等条件下的实际应用。
受天然酶催化中底物电子驱动活性位点再生机制的启发，潘丙才教授团队与清华大学深圳国际研究生院合作，通过将富含氧空位的Ti掺杂Mn3O4/Fe3O4催化剂限域负载于陶瓷膜纳米孔中，成功构建了一种“Additive-free”催化膜（TMF-CM）。该膜以污染物作为电子供体，驱动分子氧活化并原位生成H2O2与高价金属物种。XPS与EXAFS等表征手段揭示了其催化机制：污染物作为电子供体，驱动“氧空位再生→溶解氧活化→H2O2生成→高价金属物种形成→污染物氧化→氧空位再生”的闭路循环，实现了无需外加化学试剂与能量输入的污染物高效降解。具体案例应用表明，TMF-CM仅依靠水中固有溶解氧，无需额外曝气即可高效去除自来水中的痕量新污染物并同步削减消毒副产物，突破了传统超滤膜对溶解性有机污染物去除能力不足的瓶颈。在连续10天的实际废水处理运行过程中，TMF-CM对多种新污染物去除率超过90.1%，并展现出良好的自清洁性能，能耗较传统紫外或电催化体系降低70%–98%。该研究为发展绿色低碳的可持续水处理技术提供了新视角。
研究成果以“Pollutant-Powered Oxygen Activation via Enzyme-Inspired Catalytic Membranes for Sustainable Water Purification”为题发表于Angewandte Chemie International Edition（原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202521747）。清华大学深圳国际研究生院博士生陈茜茜（现为香港城市大学博士后）为第一作者，开云足球俱乐部环境学院付宛宜副研究员为通讯作者，清华大学深圳国际研究生院罗航、杨玉龙、张锡辉教授，开云足球俱乐部环境学院潘丙才教授、徐慧博士为共同作者。研究获国家自然科学基金等项目资助。
