层间限域合成钴原子簇催化剂增强过一硫酸盐活化降解污染物的同步尺寸与电子结构调控研究

本研究创新性地利用二维MoS2膜的层间限域效应构建超小尺寸钴原子簇催化剂（CoAC），通过电子金属-载体相互作用（EMSI）调控钴位点电子结构，显著提升过一硫酸盐（PMS）活化效能，为高性能类芬顿（Fenton-like）催化体系设计提供了新范式。

　　

Highlight

化学品与材料

硝酸钴六水合物（Co(NO₃)₂·6H₂O）和异丙醇购自天津大茂化学试剂公司。过一硫酸盐（PMS, KHSO₅）、磺胺甲恶唑（SMX）、对氯苯甲酸（p-CBA）、阿特拉津（ATZ）、叔丁醇（TBA）、甲醇、糠醇（FFA）和甲基苯基亚砜（PMSO）均购自上海阿拉丁生化科技有限公司。5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物（DMPO）和2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮（TEMP）购自Sigma-Aldrich公司。聚偏氟乙烯（PVDF）膜（0.22 μm）购自默克密理博公司。所有化学品均为分析纯，无需进一步纯化即可使用。实验用水均为超纯水（18.2 MΩ·cm）。

CoAC与CoAC@MoS₂膜的表征

采用阳离子插层-还原法合成CoAC催化剂（图1a）。通过化学插层法将块体MoS₂剥离成少层超薄纳米片。原子力显微镜（AFM）显示所制备的MoS₂纳米片为单层结构，厚度为1 nm（图S1）。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）表明MoS₂纳米片的横向尺寸为数百纳米（图S2），并呈现典型的六方晶格条纹，晶面间距为0.27 nm，对应于MoS₂的(100)晶面。

结论

总之，我们开发了一种创新的二维膜平台，能够实现快速高效的水体净化。该纳米限域膜利用其对流传质模式和纳米限域反应环境（可增强反应物碰撞和迁移），表现出5.33×10⁶ μmol g_metal^-1 s^-1的卓越微污染物降解反应速率，具备100小时的催化稳定性以及出色的环境友好性。独特的层间限域策略不仅实现了钴原子簇（CoAC）的精确尺寸控制，还通过电子金属-载体相互作用（EMSI）有效调控了其电子结构，为设计高性能类芬顿催化系统提供了新思路。