酸性条件下原子分散O???Fe???N活性位点高效催化H2O2选择性分解为O2的机制研究

为解决工业H2O2残留爆炸风险及酸性条件下稳定过氧键难以分解的问题，研究人员通过分子自组装和氩气热解制备Fe???N???C单原子催化剂，利用原位傅里叶红外光谱（FTIR）证实该催化剂能增强H2O2末端吸附并原位形成Fe???OOH，实现100%分解率和98% O2选择性，同时抑制有害羟基自由基（•OH）生成，并开发出在75 h?1高空速下保持完全转化的流通式放大反应器。

　　

在酸性环境中，过氧化氢（H₂O₂）因其稳定的过氧键结构难以高效分解为质子（H⁺）或过氧氢根（HO₂^?），成为工业安全重大隐患。这项研究通过分子自组装结合氩气热解技术，成功构建铁氮共配位单原子催化剂（Fe???N???C），其原子级分散的活性位点可精准调控活性氧物种（ROS）转化路径。原位傅里叶变换红外光谱（in situ FTIR）动态捕捉到催化剂表面H₂O₂的末端吸附增强现象，并揭示关键中间体Fe???OOH的原位形成过程，最终实现近乎完美的H₂O₂分解效率（100%）与超高氧气（O₂）选择性（98%），同时有效抑制具有破坏性的羟基自由基（•OH）产生。更令人振奋的是，团队设计的流通式放大反应器在75小时^?1的空速条件下仍保持全效催化性能，为工业级H₂O₂安全处理提供了创新解决方案。