配位重构增强钴单原子催化剂非自由基协同氧化路径实现持久污染物降解

来自研究人员开发了一种经济可扩展的钴单原子催化剂（Co-SACs），通过配位工程构建Co-N2O2活性中心，显著提升过氧单硫酸盐（PMS）活化效率，实现高效非自由基氧化（1O2/HVMO/电子转移），10分钟内降解98%磺胺甲恶唑（SMX），并为规模化环境修复提供新策略。

　　

研究团队开发了一种创新的配位修饰策略，通过氧原子取代氮原子，成功重构了钴单原子催化剂（Cobalt Single-Atom Catalysts, Co-SACs）的第一配位壳层结构。与传统的Co-N₃O₁构型相比，新型Co-N₂O₂配位结构展现出更卓越的过氧单硫酸盐（Peroxymonosulfate, PMS）活化能力。这种增强效应源于其显著提升的d带中心上移和电子离域化特性，有效降低钴位点的电子密度，从而强化PMS吸附过程。

通过电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance, EPR）、化学探针实验和电化学测试的多方验证，研究证实Co-N₂O₂能显著促进非自由基反应路径的进行，包括单线态氧（Singlet Oxygen, ¹O₂）、高价金属氧物种（High-Valent Metal-Oxo, HVMO）的生成以及电子转移过程。该催化剂在10分钟内实现了高浓度磺胺甲恶唑（Sulfamethoxazole, SMX, 100 mg L^?1）超过98%的降解效率。

更令人瞩目的是，公斤级规模的Co-N₂O₂（kg-Co-N₂O₂）在真实环境应用中表现出卓越性能：成功降解垃圾渗滤液（总有机碳TOC去除量达2548 mg L^?1），并在14次循环使用和10小时动态膜反应实验中保持出色的稳定性。这项研究不仅揭示了配位环境调控对催化机制的深层影响，更为单原子催化剂的大规模环境治理应用提供了切实可行的解决方案。