摘要：近年来，具有金属-N4 (M-N4)位点的单原子催化剂(SACs)由于其出色的催化活性、优异的选择性和异常高的金属利用效率，被广泛用于PMS活化。这些M-N4位点的电子供体电位可以触发PMS活化产生硫酸盐自由基(SO4•-)、羟基自由基(•OH)和高价金属氧物

基于过氧单硫酸盐(PMS)的高级氧化工艺(AOPs)因其在广泛pH范围内的高效性而在污染物控制和环境矫正方面引起了广泛关注。

近年来，具有金属-N4 (M-N4)位点的单原子催化剂(SACs)由于其出色的催化活性、优异的选择性和异常高的金属利用效率，被广泛用于PMS活化。这些M-N4位点的电子供体电位可以触发PMS活化产生硫酸盐自由基(SO4•-)、羟基自由基(•OH)和高价金属氧物种(MIV=O)等，从而有效促进各种有机污染物的降解。

然而，PMS中O-H和O-O键的高键解离能对它们的切割提出了挑战，从而不利于M-N4位点的PMS活化。因此，开发高性能催化剂以促进PMS活化对于污染物的有效氧化至关重要。

近日，上海交通大学张礼知、华中师范大学徐晖和湖北大学张干兵等通过在Fe-N4位点的第二配位壳层中用O取代C来合成Fe-N4-C6O2 SAC，并证明了Fe-N4-C6O2位点可以通过提供增强的局域电场来更有效和稳定地激活PMS，而不会破坏其在第一配位壳层中的对称配位结构。

在第二配位壳层中的O掺杂可以通过降低Fe中心的电子密度来增强Fe-N键的强度，并在PMS激活过程中减弱Fe-N键的振幅，从而有效地防止Fe-N4位点的脱金属化。更重要的是，这种O掺杂还通过减弱配位场来降低Fe=O σ*轨域的能量，从而促进FeIV=O对富电子污染物的亲电σ攻击。

以双酚A (BPA)为模型污染物，同时结合一系列系统的表征，提出了Fe-N4-C6O2/PMS系统中两种潜在的BPA降解途径。在这两种途径中，BPA通过OAT反应、亲电加成反应和H提取/O反弹机制被FeIV=O氧化。这三种氧化机制的核心是将污染物电子填充到Fe/O的低σ*轨道中，形成污染物-O-Fe中间体，从而实现污染物的氧化和FeIV=O的还原。

值得注意的是，当Fe-N4-C6O2 SAC浓度为0.1 g L-1时，BPA溶液中总有机碳(TOC)的去除率在2 min内高达90%；即使催化剂浓度减半，TOC的去除率在2 min内也接近80%。这表明Fe-N4-C6O2 SAC在AOPs中表现出良好的性能，能够导致有机化合物完全降解为无害化合物，从而减少对环境的影响。

Robust Fe-N4-C6O2 single atom sites for efficient PMS activation and enhanced FeIV=O reactivity. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-57643-7

张礼知，国家杰出青年科学基金获得者，科技部中青年科技创新领军人才计划，教育部长江学者特聘教授，中组部万人计划科技创新领军人才，湖北省高层次人才工程第一层次入选者，湖北省高端人才引领培养计划第二层次入选者，教育部新世纪优秀人才支持计划入选者，洪堡学者。已获授权专利 30 余项。在Nat. Commun.、Chem、PNAS、JACS、Angew.、AM、ES&T、WR等国际学术期刊发表论文390篇，他引42980多次，H因子116。担任中国可再生能源学会太阳光化学专业委员会委员、IOP英国物理学会出版社旗下期刊Sustainability Science and Technology执行编委，Applied Catalysis B Environmental、化学学报、化学进展、环境化学、环境科学等杂志编委。2008年获得湖北省自然科学二等奖，2011年获湖北省青年科技奖，并入选湖北省自主创新“双百计划”，2012年入选湖北省高端人才引领培养计划和湖北省高层次人才工程，2014年起连续入选 Elsevier发布“化学领域中国高被引学者榜单”，2015年获教育部高等学校科学研究优秀成果奖自然科学二等奖，2018年起连续入选Clarivate交叉领域全球高被引科学家榜单，2019年获湖北省自然科学一等奖。

来源：MS杨站长