水体污染治理正面临药物与个人护理品、工业化学品、微塑料等新兴污染物带来的严峻挑战。基于过一硫酸盐（PMS）的高级氧化工艺（AOPs）凭借宽pH适应性与强氧化能力，已成为高效降解难降解有机污染物的重要技术。

近年来，单原子催化剂（SACs）由于100%原子利用率、高本征活性与可精准调控的电子结构，在PMS活化类芬顿反应中展现出显著优势。围绕活性位点调控、活性氧物种路径、微环境工程及构效关系等关键科学问题，相关研究持续取得重要突破。

本期我们整理了3篇单原子催化剂在类芬顿反应中的最新研究进展，一起看下吧~

Applied Catalysis B

封装Co单原子/团簇于毫米级ZSM-5，构筑短路径类芬顿催化

单原子催化剂在实际应用中由于单一的活性位点难以驱动复杂废水中多步、多途径的竞争反应，导致催化性能受限。同时，高表面能的单原子易迁移聚集，且粉末形态的SACs回收困难，能耗高，难以直接用于工业化水处理。

基于此，Applied Catalysis B报道研究人员开发了一种双配位限域合成策略，成功将不对称配位的Co单原子（Co-SAs）和Co原子团簇（Co-ACs）封装于毫米级的富硅/铝ZSM-5分子筛中，构筑了Co-M-ZSM整体式催化剂。

该催化剂兼具Co-O4单原子位点和Co-Co3团簇位点，在活化PMS降解诺氟沙星（NOR）等新污染物时表现出超快动力学（kobs=5.7×10−2min−1）和极强的实际水体抗干扰能力。实验与理论计算共同揭示，Co-ACs向Co-SAs的电子捐赠使d带中心上移，促进了电子“溢出”，显著缩短了PMS活化生成关键中间体的路径，从而同步产生多种自由基和非自由基，实现对不同电子特性污染物的广谱、高效、稳定降解。

在真实湖水、自来水和污水厂出水中，该催化剂均保持高效率，在5次循环后对实际污水中NOR的去除率仍>93%，且对8种μg/L级混合抗生素表现出高效去除能力（磺胺类、喹诺酮类去除率近100%，大环内酯类~80%）。同时，该催化剂为毫米级颗粒，易于分离回收。

该工作不仅为突破单原子催化剂的线性标度关系提供了“双位点协同电子调控”的新范式，也为设计面向实际应用的高性能、易回收整体式催化剂开辟了新路径。未来，这一策略有望拓展至其他金属（如Fe、Mn、Cu）和载体体系，为复杂工业废水的深度净化提供可持续的技术解决方案。

文献名称:Encapsulating asymmetrically coordinated Co single-atoms and clusters in millimetric ZSM-5 for short-pathway Fenton-like catalysis

Angew

单原子铁催化剂实现超低H2O2消耗的可持续类芬顿反应

传统类芬顿过程需要大量过氧化氢（H2O2）作为氧化剂，这不仅增加了操作成本，还可能引发二次污染。近年来，研究者致力于开发低H2O2消耗的催化系统，但如何在降低用量的同时保持长期稳定性仍是一大挑战。

近日，期刊Angew报道研究人员通过将铁原子锚定在氧化石墨烯（GO）上形成Fe-O-C构型，构建了可见光（VL）驱动的类芬顿系统，在超低H2O2输入下实现了污染物高效降解与H2O2原位生成的协同循环，为水净化技术提供了新思路。

以卡马西平（CBZ）为模型污染物，Fe1-GO/H2O2/VL系统在30分钟内实现了92%的降解率，反应速率常数（0.081min-1）分别是Fe1-GO/VL和Fe1-GO/H2O2系统的736倍和12倍。值得注意的是，仅需2mM H2O2即可维持四个循环的高效降解，且H2O2利用率接近100%。研究还观察到系统中H2O2的原位生成：在CBZ存在下，H2O2浓度在15分钟内升至1.3mM，而间歇添加CBZ进一步提升了H2O2产量。对比其他铁基类芬顿系统，Fe1-GO在保持高效降解的同时，显著降低了H2O2和铁的用量，凸显其卓越的催化性能。

Fe1-GO/H2O2/VL系统在复杂水体中表现出良好的适应性。阴离子（如Cl-、SO42-）和腐殖酸（HA）对CBZ降解影响较小，且在pH3–9范围内均能保持高效活性。通过将Fe1-GO负载于聚丙烯腈膜（Fe1-GO/PAN）并构建连续流反应器，在户外阳光下运行420分钟，CBZ去除率稳定在90%。

通过分析，研究团队揭示了H2O2在Fe1-GO表面触发Fe(IV)=O生成的过程。Fe(IV)=O作为关键中间体，通过Fe-O-C桥介导电子从污染物向铁位点转移。不仅提升了污染物降解效率，还促进了H2O2的原位生成，形成自维持的氧化剂循环系统。未来研究可进一步探索催化剂在多元污染物体系中的应用，或与其他高级氧化技术耦合，为绿色水处理提供新范式。

文献名称：Ultralow H₂O₂-Triggered Electron Transfer over Single-Atom Iron Catalysts for Long-Term Recyclable Fenton-Like Reactions文献名称：Multidimensional engineering of single-atom cobalt catalysts for ultrafast Fenton-like reactions

Nature Communications

管状单原子Cu-N3催化剂长程电子相互作用助力纳米限域直接电子转移氧化

单原子催化剂在催化过程中面临活性位点易被中间体堵塞导致失活、以及传质受限等挑战。尽管调控第一配位壳层可改善性能，但对第二配位壳层及更高层级（即长程电子相互作用）的调控研究较少。

近日，期刊Nature Communications报道了研究人员通过碳掺杂和纳米限域协同调控的管状铜单原子催化剂（CuTCN/C），实现了在极低过一硫酸盐（PMS）用量下通过直接电子转移路径高效降解有机污染物。

该研究采用超分子自组装方法合成了纳米限域管状氮化碳（TCN），并在制备Cu SACs（CuTCN/C）过程中，通过将碳原子整合到TCN基底中，调控了Cu-N3位点的电子结构。碳原子的长程掺杂使Cu的d带中心从-1.80 eV上移至-1.64 eV，增强了PMS吸附并降低了决速步（-SO4H脱附）的能垒；管状介孔（2nm）形成纳米限域，分子动力学显示PMS局部浓度富集2.0倍，反应-扩散动力学显著加快。

基于以上优势，CuTCN/C催化剂即使在低浓度PMS下（0.2mM）也表现出显著的类芬顿催化活性，10分钟内对乙酰氨基酚（ACE）去除率接近100%，反应速率常数达0.966min-1，分别是未限域和未掺杂对照样的19倍和4倍，周转频率（TOF）达0.084min-1。机理研究通过淬灭实验、EPR、原位拉曼和电化学分析一致证实，反应不产生自由基、单线态氧或高价铜氧物种，而是遵循直接电子转移路径（DETP）：PMS在Cu位点形成表面活化复合物，污染物直接向其转移电子而被氧化。

生命周期评估显示，该体系在18个环境指标上均优于对照体系。在连续流膜反应器中，CuTCN/C在200小时内保持90%以上的ACE去除率，展现出优异的稳定性、抗干扰能力和实际应用潜力。该研究为远程调控限域Cu中心的电子结构提供了颇具价值的见解，并提出了一种提高SACs在环境应用中催化活性的可行途径。

文献名称：Long-range electronic interactions of tubular single-atom Cu-N3 catalysts for nanoconfined direct electron transfer oxidation

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