近日，昆明理工大学环境科学与工程学院马丽萍、戴取秀课题组在硫酸盐大宗固废协同褐煤气化制备富氢合成气方向取得重要研究进展，相关研究成果以“Constructing Vacancy-Radical Coupling in Titanium Gypsum-Derived Oxygen Carrier for Hydrogen-Oriented Lignite Gasification”为题发表于材料/环境领域国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（AFM, IF:19.9）。
钛石膏（Titanium Gypsum, TG）是钛白粉生产过程中产生的大宗硫酸盐固体废弃物，年排放量巨大。由于其强氧化性及复杂的内部氧化学演化机制尚不明确，制约了其作为载氧体在富氢气化技术中的高值化利用。传统蒸汽气化在提高碳转化率与维持气品质之间面临两难，而化学链气化（CLG）虽然能够实现分阶段供氧，但传统硫酸盐在热力学平衡下倾向于将碳完全氧化为CO2，难以直接累积高浓度H2。
基于此，研究团队提出了“氧物种解耦与氧空位-自由基耦合”的新路径，系统揭示了非平衡态下固废钛石膏界面控制释放氧的动力学机制。研究阐明了反应过程中钛石膏的相重构与缺陷演化规律，钛石膏经历脱水、还原与重构后，原位生成了稳定的Ca-Ti-O钙钛矿骨架，有效稳定了氧传输；硫酸盐结合氧逐步解耦转化为可移动的晶格氧以及与表面富集氧空位耦合的缺陷氧。富集的氧空位能显著降低O2/H2的活化能垒，诱导生成活性氧自由基中间体。这些活性自由基直接参与C-O键的形成与界面碳转化，且自由基的消耗与氧空位再生形成闭环，在非平衡态气化条件下实现了气-固界面高效的循环传氧与制氢过程。相关发现不仅为硫酸盐大宗固废（如钛石膏、磷石膏等）转变为可循环利用的载氧介质开辟了新途径，也为缺陷工程载氧体的设计及低阶煤高值化利用提供了重要理论指导。
昆明理工大学环境科学与工程学院为第一通讯单位，博士研究生谢龙贵为论文第一作者，马丽萍教授及戴取秀副教授为论文的共同通讯作者。多伦多大学Hui Peng教授课题组在相关理论计算分析方面提供了重要支持。相关研究工作得到了国家自然科学基金（22406077）、云南省环境保护工程顶尖团队（202505AT350002）、云南省磷石膏资源循环与生态利用重点实验室（202449CE340028）以及中国国家留学基金委（CSC）等的资助。
