近期，中国科学技术大学环境科学与工程系揭示了常见金属氧化物在传统的自旋捕获-电子顺磁共振(EPR) 波谱方法中可能导致的假阳性结果，并提出了基于动力学研究的可靠解决方案。研究成果以“How Do Metal Oxides Mislead Spin-Trapping Electron Paramagnetic Resonance Analysis?”为题发表于Environmental Science & Technology Letters。

氧化性自由基在污染物降解中发挥着关键作用，自旋捕获EPR测试是对鉴定这类自由基的通行手段。本研究发现，在使用最常用的自由基捕获剂5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物（5-dimethyl-1-pyrroline-N-oxide, DMPO）进行自由基捕获时可能普遍产生假阳性结果，从而对自由基鉴定结果产生误导。

本研究提出了金属氧化物在不依赖外加氧化剂的情况下以非自由基途径将DMPO转化为常见捕获产物的两种机理：一是界面上的直接氧原子转移，生成的是DMPOX；二是溶出金属离子介导的DMPO转化，生成的是DMPO–R和DMPO–OH。在过渡金属离子催化下，DMPO–R是DMPO–OH生成的中间产物，故这两个信号常常伴生。这些DMPO转化机理在此前未得到充分重视，可能导致了催化氧化水处理过程中很多不准确的自由基鉴定结果。因此，必须对自旋捕获EPR分析的实验流程进行扩充和完善，以得到更可靠的自由基鉴定证据。此外，DMPO和金属氧化物之间的直接相互作用也为有机污染物的表面氧化聚合过程提供了新的见解，能有效指导相关催化剂的筛选和设计。

该工作得到了国家自然科学基金项目的支持。

图 金属氧化物将DMPO转化为稳定自由基的两种途径

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.estlett.4c00155