基于MXene的过氧化单硫酸盐活化催化剂：结构与反应路径的关系、水环境效应及环境安全性

《ACS Applied Materials & Interfaces》：MXene-Based Catalysts for Peroxymonosulfate Activation: Structure-Pathway Relationships, Water-Matrix Effects, and Environmental Safety

　　

摘要

MXene因其金属导电性、可调控的表面端基、富含缺陷的层状结构以及成分上的灵活性，能够实现高效的电子传输和活性位点设计，因而成为过氧化单硫酸盐（PMS）活化领域极具潜力的催化平台。然而，基于MXene的PMS催化体系的催化性能在很大程度上取决于表面化学性质和界面结构，而合成方法、结构特征、反应路径与环境适用性之间的关联至今仍未得到充分阐明。本综述总结了近年来在表面和缺陷工程化MXene催化剂用于PMS活化方面的最新进展，重点探讨了由表面和缺陷决定的结构与活性之间的关系。首先，介绍了MXene的合成与改性策略，包括氟化物辅助蚀刻、无氟合成方法、端基调控、缺陷工程、掺杂、单原子锚定以及异质结构构建等，分析了这些策略对活性位点的可用性及界面电子传输特性的影响。其次，对自由基和非自由基途径下的PMS活化过程进行了深入分析，阐明了端基、空位、金属位点以及导电界面如何影响SO₄^•?、•OH、¹O₂的生成以及直接电子转移过程。第三，评估了基于MXene的催化剂在复杂水环境中的性能，包括pH值适应性、离子效应、天然有机物干扰、固定化处理、膜集成以及连续流操作等方面的表现。最后，分析了这类催化剂的环境稳定性、金属溶出风险、氧化转化现象、副产物生成风险以及安全设计相关问题。本综述旨在提供一个以材料为核心的研究框架，通过调控MXene的表面化学性质、缺陷结构及催化界面，实现高效的PMS活化，并推动实际应用中环保型水净化技术的发展。

? 2026 美国化学学会