羟基磷灰石限域单原子钴催化选择性生成表面束缚硫酸根自由基及其在水处理中的应用

本研究设计了一种羟基磷灰石（HAP）核与单原子钴（CoSA）壳的纳米反应器，通过纳米限域效应实现过一硫酸盐（PMS）定向活化，显著延长表面束缚SO4•?半衰期（72.7 μs），并耦合絮凝作用同步去除新兴有机污染物（EOCs）和天然有机物（NOM），为复杂水体净化提供了新策略。

　　

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Chemicals and materials

5,10,15,20-四(4-羧基苯基)钴卟啉（TCPP-Co, 97%）购自济南恒化科技有限公司。过一硫酸盐（2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄）购自赛默飞世尔科技有限公司。硝酸钠（NaNO₃）、硫酸钠（Na₂SO₄）、碳酸钠（Na₂CO₃）、磷酸氢二钠（Na₂HPO₄）、氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl₂）、硫酸（H₂SO₄）、氢氧化钠（NaOH）、磷酸氢二铵（(NH₄)₂HPO₄）等试剂均采购自标准供应商。

Morphology and structure of the catalysts

催化剂的合成流程如图1a所示。电子显微镜显示HAP@Co_SA具有清晰的纳米棒状形貌（图1b和图S1）。高分辨率TEM图像（图1c）呈现出晶态HAP“核”与非晶碳“壳”（约2 nm厚）组成的核壳结构。HAADF-STEM图像（图1d）进一步证实非晶单原子催化层包裹在晶态HAP表面，其晶格间距为0.28 nm（211晶面）。

Conclusions

总之，我们通过纳米限域类芬顿氧化技术为处理EOCs与NOM共污染水体提供了有前景的解决方案。通过在HAP纳米棒上沉积原子级分散钴催化剂，构建了核壳结构的纳米反应器。独特的HAP@Co_SA核壳纳米结构为PMS活化创造了限域环境，通过HAP“核”与Co_SA催化“壳”的协同作用，实现了表面束缚SO₄^•?的选择性生成。