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为解决难降解有机微污染物（OMPs）处理难题，研究人员制备 β- 环糊精（β-CD）修饰的纳米限域通道催化剂（NCC-x）激活过硫酸盐（PMS）。结果显示 NCC-1.5 可在 4min 内近乎 100% 去除 2,4,6 - 三氯酚，强化了非自由基路径与电子传递，为相关领域提供新思路。
在环境科学领域，难降解有机微污染物（OMPs），像抗生素、阻燃剂、含氯酚类污染物等，正成为日益严峻的挑战。它们广泛存在于地下水和土壤环境中，尽管浓度较低，但凭借其难以降解和高度稳定的特性，严重威胁着人类健康和生态系统平衡。传统的物理和生物处理方法在面对这些顽固的 OMPs 时，往往束手无策。基于过硫酸盐（PMS）的高级氧化工艺（AOPs）技术，因其能高效产生活性氧物种（ROS）且适用 pH 范围广，成为水处理领域的热门研究方向。不过，传统的非均相催化反应过程会受到自由基猝灭、污染物浓度、传质速率慢等因素影响，导致污染物降解效率大打折扣。
为攻克这些难题，国内研究人员展开了深入研究。他们以金属有机框架 ZIF-67 为基底，利用聚多巴胺辅助 β- 环糊精（β-CD）负载在 ZIF-67 表面，制备出具有可调孔径的纳米限域通道催化剂（NCC-x，x = 0.75, 1.5, 3）。该研究成果发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》，为纳米限域通道催化剂的结构设计提供了新视角，丰富了有机微污染物的治理策略。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对催化剂的形貌和结构进行表征；采用淬灭实验、电子顺磁共振（EPR）测试、原位拉曼和电化学测试等手段来探究限域效应对污染物降解的作用机制；利用密度泛函理论（DFT）计算受限条件下 PMS 的化学键长度、吸附能和电荷转移变化情况 。
催化剂的制备与表征
研究人员首先合成 ZIF-67 基底，将 Co (NO3)2·6H2O 和 2 - 甲基咪唑分别溶解在甲醇中，后续利用聚多巴胺辅助 β-CD 涂层形成纳米限域通道催化剂 NCC-x。通过 SEM 和 TEM 对催化剂进行表征，结果显示 ZIF-67 呈十二面体构型，表面光滑整齐，而未形成纳米限域通道的催化剂 NNC 表面被聚多巴胺层包裹，相对光滑致密，无明显通道结构。
催化性能研究
研究以 2,4,6 - 三氯酚（2,4,6-TCP）为目标污染物，PMS 为氧化剂，考察 NCC-x 的催化性能。实验发现，孔径最小（4.48nm）的 NCC-1.5 催化剂表现最为优异，能在 4min 内近乎 100% 去除 2,4,6-TCP，其反应动力学常数达到 0.92min-1 ，是普通催化剂的 5.1 倍。这表明纳米限域通道结构显著提升了催化剂的反应活性。
活性氧物种及电子传递研究
通过 EPR 测试和相关实验，研究人员发现 NCC-1.5 催化剂展现出最高强度的1O2生成能力和电子传递能力。这意味着纳米限域通道结构不仅促进了1O2的产生，还强化了电子传递过程，为污染物的高效降解提供了有力支持。
理论计算分析
DFT 计算结果显示，在限域通道内，PMS 的吸附能达到 - 10.272eV，电荷转移量为 0.733e，且 PMS 的 S-O 键优先断裂，有利于1O2的生成。这从理论层面解释了纳米限域通道结构对催化性能提升的内在机制。
研究结论与意义
该研究成功制备出具有可调孔径的纳米限域通道催化剂，证实了限域通道结构能够促进1O2的生成，强化非自由基路径，有效增强电子传递。NCC-1.5/PMS 催化体系在 4min 内实现了对 2,4,6-TCP 的完全去除，伪一级动力学常数提升了五倍。这项研究成果明确了限域通道结构调控是影响催化性能的重要因素，为纳米限域通道催化剂的设计提供了关键理论依据，有助于推动有机微污染物治理技术的进一步发展，在环境修复和水资源保护等领域具有广阔的应用前景。它不仅丰富了人们对纳米限域催化过程的理解，还为开发更高效、更环保的水处理技术奠定了坚实基础。
