上海交通大学Angew：Co-N1O2单原子催化剂用于高效过氧单硫酸盐PMS活化并选择性生成Cobalt(IV)=O

酸雨是由于大气中的二氧化硫和氮氧化物与雨水反应形成的 #生活知识# #科学#

标题：CoN1O2 Single-Atom Catalyst for Efficient Peroxymonosulfate Activation and Selective Cobalt(IV)=O Generation

第一作者：Xue Li

通讯作者：Mingce Long, Lizhi Zhang

通讯单位：华中师范大学、华中师范大学

研究内容

以过氧单硫酸盐(PMS)为基础的高级氧化工艺(AOPs)是降解水中顽固性有机污染物最有前途的技术之一。开发高效的催化剂来催化活性PMS并产生活性物质是促进有机污染物氧化的关键。在均相过渡金属(Co2+、Fe2+、Cu2+和Mn2+)催化剂中，钴离子是PMS活化产生自由基(SO4•和•OH)最活跃的催化剂之一，但钴离子具有不可回收性。因此，用于PMS活化的多相钴基催化剂已经得到了广泛的探索。钴单原子催化剂(SACs)由于其最高的原子利用效率和可调谐的电子结构，最近成为最有希望的候选。

高价金属氧(HVMO)是一种强大的非自由基反应物质，由于其半衰期长，对具有供电子基团的顽固性水污染物具有高选择性，可以促进高级氧化过程(AOPs)。然而，在基于过氧单硫酸盐(PMS)的AOPs中，高价钴氧(CoIV=O)的生成是具有挑战性的，因为钴的高3d轨道占用将不利于其与末端氧配体的结合。在此，作者提出了一种在Mn3O4表面构建具有独特N1O2配位的孤立Co位点的策略。

要点1

不对称的N1O2结构能够接受Co 3d轨道上的电子，导致Co位点的电子离域，促进PMS的吸附、解离和随后Co/(IV)=O物质的产生。CoN1O2/Mn3O4在PMS活化和磺胺甲异唑(SMX)降解中表现出较高的内在活性，远优于CoO3结构的碳基单原子催化剂、CoN4结构的碳基单原子催化剂和商用钴氧化物。

要点 2

作者证明了PMS激活和Co/(IV)=O物质的高效活性，并通过PMS激活揭示了异质Co/(IV)=O形成的机制。因此，本研究不仅为异质Co/(IV)=O的形成提供了可行的策略，而且在原子水平上推进了基于氧化物的SACs设计的基本认识。

要点3

Co/(IV)=O可通过氧原子转移有效氧化目标污染物，生成低毒中间体。这些发现有助于在分子水平上进一步了解PMS活化的机理，并指导高效环境催化剂的合理设计。

图1. CoN1O2/Mn3O4的合成及结构表征

图2. CoN1O2/Mn3O4的XAFS和理论计算分析

图3. CoN1O2/Mn3O4的催化性能

图4. CoN1O2/Mn3O4的原位拉曼光谱以及OAT和污染物降解途径的示意图

参考文献

Xue Li, Xue Wen, Junyu Lang, Yan Wei, Jie Miao, Xiangcheng Zhang, Baoxue Zhou, Mingce Long, Pedro J. J. Alvarez, Lizhi Zhang, CoN1O2 Single-Atom Catalyst for Efficient Peroxymonosulfate Activation and Selective Cobalt(IV)=O Generation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI：10.1002/anie.202303267

投稿请联系： SAC_XAFS@163.com

网址：上海交通大学Angew：Co-N1O2单原子催化剂用于高效过氧单硫酸盐PMS活化并选择性生成Cobalt(IV)=O https://www.yuejiaxmz.com/news/view/672486

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