毒性金属环境转化及循环研究组在天然有机质（NOM）电子传递特性研究方面取得了新进展，相关成果以“Unraveling Multiple Pathways of Electron Donation from Phenolic Moieties in Natural Organic Matter”为题发表在《Environmental Science & Technology》（2023, 57(44), 16895-16905）。
NOM的具有强的供电子能力（EDC），可在污染物、矿物的转化过程中发挥重要作用。在氧化过程中，NOM中酚类基团的分子转化途径（MTPs）是控制其EDC的关键，揭示贡献EDC的MTPs有助于理解NOM介导的生物地球化学过程。以往研究认为酚羟基（ArOH）转化为醌是贡献EDC的主要MTP，但该途径无法完全解释EDC，目前对可贡献EDC的MTPs仍存在争议。针对该科学问题，研究通过对不同结构的小分子酚类模式化合物及NOM进行电化学氧化处理，并结合傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）识别电化学氧化前后的酚类模式化合物及NOM的氧化产物以综合评估产生EDC的MTPs。
研究发现，除了氢醌向醌的转化外，新生酚羟基（ArOH）的氧化和酚氧自由基的氧化交联反应是直接产生EDC的主要MTPs（如图1所示）。特别是，发生氧化偶联反应的ArOH至少可贡献22-42%的EDC。值得注意的是，NOM中类阿魏酸结构可通过丙烯酸取代基与H2O的加成反应直接提供EDC。此外，开环反应通过改变NOM的结构间接削弱EDC；脱羧可减弱或增强EDC，这取决于NOM中酚类基团的结构。这些结果表明，NOM的EDC是其酚类结构多个MTPs的综合结果，不仅涉及ArOH的氧化，还涉及H2O与烯烃键的加成反应和一系列的断键反应。
图1. NOM酚类基团的多重供电子途径
论文的第一作者为博士后杨佩杰，通讯作者为阴永光研究员。该研究得到了山东省自然科学基金、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c05377