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“Loss and Increase of the Electron Exchange Capacity of Natural Organic Matter during Its Reduction and Reoxidation: The Role of Quinone and Nonquinone Moieties”为题发表于《Environmental Science & Technology》（DOI: 10.1021/acs.est.1c08927）。

　　环境中广泛存在的NOM可以通过结构中醌和非醌类基团的电子传递进行氧化还原转化，调节微生物种间电子传递、金属-矿物和污染物的生物地球化学循环。在此氧化还原过程中，对于醌/酚类基团的转化及其对电子交换能力（EEC）的影响目前尚不清楚，非醌类基团是否参与电子传递仍存在争议。针对该科学问题，本研究通过对NOM进行还原和再氧化处理，并量化醌/非醌类基团含量及供电子能力（EAC）和受电子能力（EDC），探究了NOM还原和再氧化过程中醌/酚类基团的变化及其对EEC（EAC+EDC）的影响，并利用小分子模型化合物和电化学体系系统评估了非醌类基团（醛/酮、含硫/含氮基团）对EEC的贡献。

　　通过还原-再氧化过程中醌/酚类基团和EEC的变化，发现NOM的氧化会导致新的酚/醌基团形成，从而增加EEC。其演变在很大程度上取决于NOM的来源，含有丰富稠环芳香结构的陆源性NOM比水源性NOM具有更高的氧化还原反应活性。基于小分子模型化合物对非醌类基团EEC的系统评估，发现非醌基团中仅有含硫基团具有相当大的受电子能力EAC和EDC，其EEC受相邻官能团的调控。此外，在高电位条件下（Eh = +0.73 V），显著占比的EDC无法由巯基和酚类解释，表明NOM中仍存在大量未知的供电子基团参与电子传递。研究结果表明，在评估NOM参与的电子传递过程时，应考虑新生醌/酚基团及巯基的作用。

　　图1. 醌及非醌基团在还原和再氧化过程中对EEC的贡献及EEC的演变

　　论文的第一作者为博士生杨佩杰，通讯作者为阴永光研究员。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院重点研发计划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.1c08927