近日，北京大学深圳研究生院环境与能源学院冀豪栋助理教授课题组与清华大学深圳国际研究生院李兵副教授课题组合作，受邀在Cell旗下国际综合性权威期刊《Trends in Chemistry》发表了一篇题为“Environmental Quantum Chemistry for the Phosphorus Cycle”的重要综述论文。该研究聚焦环境量子化学（EQC）在促进自然磷循环中的关键作用，为解决全球磷资源短缺与环境富营养化问题提供了全新视角。

磷，作为生命不可或缺的元素，正面临着人类活动导致的磷酸盐资源快速消耗和水体富营养化的双重挑战。研究表明，通过EQC的复杂模拟和尖端计算方法，可以从分子、界面及动态层面深度解析磷化合物的迁移、转化和回收机制，从而突破了传统分析手段的限制，为磷循环管理与优化提供了有力的科学支持（图1）。

文章指出，EQC包含以下关键研究领域（图2）：

1.分子层面：计算磷化合物的反应位点、毒性及能量参数。

2.界面层面：分析磷化合物与材料之间的相互作用。

3.动态层面：模拟复杂环境中磷化合物的行为变化。

文章还提出通过EQC与人工智能(AI)、先进检测技术（如同步加速器辐射）相结合，可以更详细地揭示磷酸盐-土壤矿物相互作用、吸附预测与环境行为，为废水处理、土壤修复和可持续磷管理设计高效材料和工艺。

图1.环境量子化学 (EQC)辅助磷循环闭合的假定模型（缩写：AP，活性磷酸盐；IP，惰性磷酸盐；OP，有机磷）。

图2.用于环境量子化学(EQC)辅助恢复自然磷循环的计算程序（缩写：DFT，密度泛函理论；ESP，静电势；HOMO，最高占据分子轨道；LUMO，最低未占据分子轨道）。

该项研究得到了国家自然科学基金（No. 52100069、42477235）、深圳市科技计划（JCYJ20220531093205013）、2023年度深圳市高等学校可持续发展支撑资金（20231121170027002）以及深圳市可持续发展科技计划项目（KCXFZ20230731093900001）等基金的资助。研究成果以“Environmental quantum chemistry for the phosphorus cycle”为题，于2025年1月16日发表在Cell旗下国际综合性权威期刊《Trends in Chemistry》上，北京大学深圳研究生院环境与能源学院冀豪栋助理教授为唯一通讯作者，清华大学深圳国际研究生院李兵副教授和22级博士生高德贵为共同第一作者。

原文链接：10.1016/j.trechm.2024.12.005

文章：冀豪栋课题组