近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員黃延強(qiáng)、院士張濤團(tuán)隊(duì)與新加坡南洋理工大學(xué)劉彬教授合作，首次將氮摻雜石墨烯錨定的Co單原子催化劑應(yīng)用于類(lèi)芬頓反應(yīng)中。相關(guān)研究結(jié)果以全文的形式發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（J. Am. Chem. Soc.）上，并被邀請(qǐng)作為JACS當(dāng)期封面文章。
大連化物所單原子催化應(yīng)用于類(lèi)芬頓反應(yīng)研究取得新進(jìn)展
近年來(lái)，以催化過(guò)硫酸鹽（PMS）產(chǎn)生自由基來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物分子高效降解的類(lèi)芬頓反應(yīng)受到廣泛的關(guān)注，設(shè)計(jì)高效的催化劑以提高PMS活化效率和實(shí)現(xiàn)有機(jī)物分子的高效降解是PMS類(lèi)芬頓反應(yīng)研究的重點(diǎn)。然而，作為自由基主導(dǎo)的反應(yīng)，自由基的半衰期通常極短，因此，縮短自由基從PMS催化位點(diǎn)到有機(jī)物分子吸附位點(diǎn)的遷移距離是高效類(lèi)芬頓反應(yīng)催化劑開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。
本工作中，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一類(lèi)氮摻雜石墨烯錨定的Co單原子類(lèi)芬頓反應(yīng)催化劑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PMS降解有機(jī)污染物分子雙酚A(BPA)的催化活化?？蒲腥藛T利用多種表征手段并結(jié)合DFT理論計(jì)算證明：催化劑中的吡咯N為有機(jī)物分子的吸附位點(diǎn)，單原子CoN4位點(diǎn)為PMS的催化位點(diǎn)，單線(xiàn)態(tài)氧為整個(gè)反應(yīng)的主要活性中間物種。同時(shí)，科研人員由此首次提出了單原子-雙位點(diǎn)的類(lèi)芬頓反應(yīng)催化機(jī)理：?jiǎn)卧覥oN4位點(diǎn)催化PMS產(chǎn)生的單線(xiàn)態(tài)氧自由基，可快速遷移到吡咯N位點(diǎn)吸附的BPA分子，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物分子的高效降解。該類(lèi)氮摻雜石墨烯錨定的Co單原子催化劑在PMS類(lèi)芬頓反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異催化活性（TOF=12.52min-1）。相關(guān)研究成果拓展了單原子催化劑在類(lèi)芬頓反應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用，與此同時(shí)，雙位點(diǎn)催化機(jī)理的提出為單原子催化劑的設(shè)計(jì)提供了新思路。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)等基金支持。
