铁氮纳米片组装纳米限域催化膜高效净水：性能与机制解析

这篇研究开创性地构建了铁氮纳米片(FeNNS)限域催化膜/PMS(过一硫酸盐)体系，通过纳米通道空间限域效应实现有机污染物的高效降解。该系统展现出4.93 ms?1的超高降解速率（较传统AOPs提升105-107倍），并证实金属Fe-N位点是催化活性中心，为水处理提供了兼具分离与氧化功能的创新解决方案。

　　

Highlight

铁氮纳米片(FeNNS)限域催化膜通过单步氮化法合成，其纳米通道内构建的PMS活化系统展现出革命性降解性能。该体系不仅实现雷尼替丁(RNTD)的完全去除，更创下295,800 min^?1的惊人速率常数，比传统反应系统快百万倍！

材料与方法

所有化学品均为分析纯，具体信息见补充材料。FeNNS通过碳载铁前体在氮气环境中直接氮化制备（示意图见图S1a），避免了复杂工艺，堪称环境友好型合成的典范。

结构解析

扫描电镜(SEM)显示FeNNS呈现独特的褶皱纳米片结构（图1b），X射线衍射(XRD)证实了Fe_xN_y晶相的形成。密度泛函理论(DFT)计算揭示：PMS在FeNNS(110)/(112)晶面的吸附能显著降低，金属Fe-N位点如同"分子开关"般高效激活PMS。

机制揭秘

电子顺磁共振(EPR)和化学探针实验组成"侦探三人组"，共同锁定关键证据：•OH和SO₄•^–自由基是降解主力军。界面电子转移如同"分子快递"，将PMS的电子快速搬运至FeNNS活性中心。

结论

这项研究如同为水处理领域装上了"纳米涡轮增压器"，1 mg/cm²超低催化剂用量即可实现完全净化。理论计算与实验的完美配合，为设计下一代智能催化膜提供了分子蓝图。