双空位缺陷与双金属协同调控的Co-N@MoS2 -COOH催化剂通过PMS活化高效降解四环素：活性物种演化机制

针对复杂水体中四环素（TC）难降解问题，研究人员设计了一种兼具硫/氮双空位（Sv/Nv）和钴/钼双金属（Co/Mo）的Co-N@MoS2 -COOH催化剂，通过活化过一硫酸盐（PMS）选择性生成O2 ·- 、1 O2 和高价钴氧物种（Co(IV)=O），实现TC高效降解（Kobs =0.490 min-1 ），为高级氧化工艺（AOPs）中活性氧物种（ROS）的精准调控提供了新策略。

　　

抗生素污染是当前环境治理的棘手难题。四环素（TC）作为典型抗生素，因其生物累积性和抗降解性，对生态系统和人类健康构成严重威胁。传统水处理技术对TC束手无策，而基于过一硫酸盐（PMS）的高级氧化工艺（AOPs）虽具潜力，却面临活性氧物种（ROS）调控困难、催化剂稳定性差等瓶颈。如何精准“定制”ROS组合（如兼具氧化还原能力的O₂
·^-
、高选择性的¹
O₂
及长效稳定的Co(IV)=O），成为突破降解效率与环境适应性矛盾的关键。

针对这一挑战，中国某研究团队在《Environmental Research》发表研究，通过水热-煅烧法构建了羧基插层钼二硫化（MoS₂
-COOH）负载的Co-N@MoS₂
-COOH催化剂，巧妙融合硫/氮双空位（Sv/Nv）与钴/钼（Co/Mo）双金属特性。该设计不仅解决了传统单空位催化剂易结构坍塌的缺陷，更通过“电子泵”效应实现ROS的协同生成，在1803.4 LMH/bar的超高通量下实现TC的完全降解，为复杂水体治理提供了创新解决方案。

关键技术方法
研究采用水热法合成COOH插层MoS₂
基底，通过煅烧引入氮空位（Nv）并负载钴活性位点；利用SEM/TEM表征层状结构，EPR和化学猝灭实验鉴定ROS种类；结合HPLC-MS解析TC降解路径，ECOSAR模型评估中间体毒性；通过微滤膜集成验证实际应用潜力。

研究结果

催化剂表征
SEM显示COOH插层使MoS₂
呈现高度分散的片状结构，EDS证实Co/Mo均匀分布。XPS分析揭示Sv/Nv双空位促进电子转移，而Co²⁺
/Co³⁺
与Mo⁴⁺
/Mo⁶⁺
氧化还原对构成“电子泵”，加速PMS活化。

ROS生成机制
EPR检测表明，Sv优先吸附O₂
生成O₂
·^-
（半衰期延长至小时级），其自重组进一步转化为¹
O₂
；Nv则降低Co(IV)=O生成能垒至1.2 eV。双金属协同使Co(IV)=O产率提升3.7倍，三者贡献率分别为：¹
O₂
（42.3%）> Co(IV)=O（38.1%）> O₂
·^-
（19.6%）。

降解性能与路径
在pH 3-9范围内，TC降解率均>90%，初始速率达0.490 min^-1
。HPLC-MS鉴定出羟基化、脱甲基等5种路径，ECOSAR显示中间体毒性降低82%。膜反应器测试显示Co溶出量（0.08 mg/L）远低于国标限值（1.0 mg/L）。

结论与意义
该研究开创性地通过双空位-双金属协同策略，实现ROS的“按需定制”：Sv/Nv作为“氧气捕手”和“能垒调节器”，驱动O₂
·^-
/¹
O₂
的级联生成；Co/Mo“电子泵”则保障Co(IV)=O的持续供给。这种多活性物种的“团队作战”模式，不仅攻克了传统AOPs中ROS半衰期短、环境敏感性高的难题，更通过膜技术集成展现了工程化应用前景，为复杂水体中抗生素的定向降解提供了范式转移。