激光诱导制备卟啉MOF衍生Co-Mn双金属催化剂及其高效活化PMS降解孔雀石绿的机制研究

本研究创新性地采用激光诱导技术一步碳化CoMn TCPP-MOF前驱体，成功制备出高性能CMT-10催化剂。该材料在过一硫酸盐(PMS)活化体系中展现出卓越的催化性能：10分钟内对孔雀石绿(MG)的降解效率达99.8%，反应速率常数(k)高达0.6345 min?1。通过系统表征揭示了Co-O/Mn-O键及双金属协同效应主导的PMS活化机制，证实了包括1O2、•SO4?和•OH在内的多重活性氧物种(ROS)参与反应。该工作为过渡金属碳化物(TMC)催化剂的绿色合成提供了新策略，对环境污染治理具有重要应用价值。

　　

Highlight
本研究通过激光诱导技术精准构建了包含CoC_x晶体、Mn/Co氧化物和碳基体的多相复合结构催化剂CMT-10。这种独特的结构设计赋予材料丰富的活性位点和卓越的电子传输能力，在PMS活化降解MG过程中展现出惊人效率——仅需10分钟即可实现99.8%的降解率，反应速率常数高达0.6345 min^?1，比传统热解法材料提升3倍以上。

材料表征
通过XRD分析发现，激光处理的CMT-10材料呈现出明显的CoC_x(JCPDS No. 44-1292)和Mn₃O₄(JCPDS No. 24-0734)特征峰。拉曼光谱显示其ID/IG比值达1.83，表明材料具有高度缺陷的碳结构。XPS证实了Co²⁺/Co³⁺和Mn²⁺/Mn³⁺氧化还原对的共存，这些特性共同构成了催化剂的"活性心脏"。

机制解析
EPR和淬灭实验揭示了有趣的"三重奏"机制：1）Mn₃O₄通过Mn³⁺→Mn²⁺转化激活PMS产生•SO₄^?；2）Co-O键促进PMS分解生成•OH；3）碳基质介导的电子转移路径主导¹O₂的非自由基路径。这种"三管齐下"的作用模式使降解效率较单金属体系提升2.5倍。

环境适应性
CMT-10在pH 3-9范围内保持稳定活性，且对常见阴离子(Cl^?、NO₃^?等)表现出强抗干扰能力。经过5次循环后仍保持92%的初始活性，金属溶出量低于0.12 mg/L，满足实际工程应用要求。

Conclusion
这项研究不仅为MOF衍生催化剂的绿色制备开辟了新途径，更通过"激光手术刀"精准调控材料界面化学特性，实现了PMS活化过程中自由基/非自由基通路的协同增效，为设计新一代环境修复催化剂提供了重要理论依据。