Cu/Co金属节点MOF/GO复合材料通过单线态氧主导过程电催化降解模拟海水中的双酚A

为解决复杂水环境中双酚A（BPA）的降解难题，研究人员设计了一种基于铜/钴金属节点MOF/GO复合材料的电催化体系。通过调控金属节点电子结构，实现单线态氧（1O2）主导的高效降解路径，10分钟内完成BPA完全去除。该研究为复杂水体污染物治理提供了新型催化剂设计策略。

　　

随着工业废水排放加剧，双酚A（BPA）等内分泌干扰物在海洋环境中的累积已成为全球性环境问题。传统降解技术面临复杂水体基质干扰大、氧化剂利用率低等挑战，而电催化高级氧化工艺（AOPs）因其环境友好特性备受关注。然而，如何精准调控活性氧物种生成路径，特别是提升长寿命单线态氧（¹O₂）的选择性，仍是该领域的技术瓶颈。

华侨大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究中，创新性地构建了铜/钴金属节点MOF/GO复合材料。通过对比Cu-H/G和Co-H/G两种催化剂的性能差异，发现铜节点材料在模拟海水条件下展现出卓越的BPA降解效率——优化条件下仅需10分钟即可实现污染物完全去除，其性能远超钴基催化剂。这项研究不仅揭示了金属节点电子结构对活性氧物种生成的调控机制，更为复杂水体净化提供了新材料设计范式。

研究团队采用多种先进技术手段：通过水热法合成HHTP配体桥联的Cu/Co-MOF材料，结合改性Hummers法制备石墨烯氧化物（GO）复合材料；利用透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）解析材料微观结构；采用电子顺磁共振（EPR）和淬灭实验鉴别活性氧物种；结合密度泛函理论（DFT）计算阐明金属节点电子转移机制。

材料表征揭示结构优势
TEM显示Cu-H/G具有更清晰的层间边界和GO包覆结构，XPS证实铜节点存在混合价态（Cu(I)/Cu(II)）。拉曼光谱表明铜基材料具有更高的缺陷密度，这为其卓越催化活性提供了结构基础。

降解性能系统优化
在电流密度20 mA、pH 7、25℃条件下，2 mg Cu-H/G催化剂展现出最佳性能。对比实验证实Cu-H/G的降解速率分别是Co-H/G、Cu-H和Co-H的1.8倍、3.2倍和5.6倍，凸显金属节点与GO的协同效应。

机理深度解析
DFT计算显示铜节点更易吸附并活化H₂O和Cl^-，其d带中心下移促进电子转移。EPR检测到强¹O₂特征信号，证实其贡献率达78.5%，而·O₂^-和活性氯物种仅占21.5%。这种非自由基主导的氧化路径赋予体系优异的基质耐受性。

该研究通过原子级设计阐明铜节点在MOF/GO复合材料中的关键作用：其适中的电负性（1.90）和较低氧化还原电位（0.15 V vs SHE）促进电子释放，通过d-π轨道杂化优化*OOH中间体脱附动力学，从而高效生成¹O₂。相比传统·OH主导的氧化路径，这种单线态氧机制将有效反应区域从<100 μm扩展至～1000 μm，为实际海水净化应用奠定理论基础。Fang Liu团队的工作为环境催化材料设计提供了新思路，即通过精准调控金属节点电子结构来实现特定活性氧物种的可控生成。