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近日，我校光機(jī)電學(xué)院光學(xué)工程學(xué)科徐晶教授聯(lián)合昆明理工大學(xué)陜紹云教授、胡天丁副教授團(tuán)隊(duì)，在環(huán)境催化領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《Applied Catalysis B：Environment and Energy》期刊（中科院：1區(qū)TOP，IF=21.1）上發(fā)表題為“Engineering coordination environment of cobalt single-atoms integrated with cobalt nanoclusters to construct d-band center targeted Co (IV)=O and accelerate PMS activation”（《單原子–納米團(tuán)簇協(xié)同調(diào)控鈷位點(diǎn)配位環(huán)境以構(gòu)建d帶中心調(diào)控的Co(IV)=O并促進(jìn)過(guò)氧單硫酸鹽活化》）的最新研究成果，該研究通過(guò)構(gòu)建單原子-納米團(tuán)簇協(xié)同催化體系，實(shí)現(xiàn)了高價(jià)鈷氧活性物種Co(IV)=O的高選擇性生成，為過(guò)氧單硫酸鹽高級(jí)氧化體系中非自由基催化機(jī)制的精準(zhǔn)調(diào)控提供了新的理論基礎(chǔ)和材料設(shè)計(jì)策略。

抗生素等持久性有機(jī)污染物在水環(huán)境中的持續(xù)存在已成為全球關(guān)注的重要生態(tài)與健康問(wèn)題。基于過(guò)氧單硫酸鹽（PMS）的高級(jí)氧化技術(shù)因能夠產(chǎn)生多種活性氧物種，在水體有機(jī)污染治理領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而，在傳統(tǒng)鈷基催化體系中，高自旋鈷中心存在固有的氧限域效應(yīng)，導(dǎo)致高價(jià)鈷氧物種Co(IV)=O難以高效生成，從而限制了催化體系在活性、選擇性與穩(wěn)定性之間的協(xié)同提升。針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出單原子-納米團(tuán)簇協(xié)同調(diào)控策略。通過(guò)樹(shù)脂微球負(fù)載ZnCo-ZIF前驅(qū)體并經(jīng)高溫煅燒，構(gòu)建了具有CoC₂N₂配位結(jié)構(gòu)的鈷單原子-鈷納米團(tuán)簇耦合催化劑（Co_SA–Co_NC/CN）。結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明，納米團(tuán)簇與鄰近單原子位點(diǎn)形成穩(wěn)定的協(xié)同界面，有效調(diào)控了單原子鈷位點(diǎn)的局域電子結(jié)構(gòu)。催化性能測(cè)試表明，該催化劑在PMS活化過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)97.2%的Co(IV)=O生成選擇性，并在連續(xù)流反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)99%的四環(huán)素降解效率。機(jī)理研究表明，該體系主要通過(guò)以Co(IV)=O為主導(dǎo)的非自由基氧化路徑實(shí)現(xiàn)污染物降解，其中Co(IV)=O的貢獻(xiàn)率高達(dá)94.66%。密度泛函理論計(jì)算揭示，鄰近鈷納米團(tuán)簇能夠通過(guò)電子耦合作用顯著調(diào)控單原子鈷位點(diǎn)的d帶中心位置，從而降低PMS活化能壘并促進(jìn)Co(IV)=O的形成。本研究不僅為設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定的PMS活化催化劑提供了新思路，更凸顯了多活性位點(diǎn)協(xié)同調(diào)控反應(yīng)路徑的潛力，也為抗生素等持久性有機(jī)污染物的高效治理提供了新的材料設(shè)計(jì)思路。

圖1.催化劑Co-CN-1000合成策略與微觀(guān)結(jié)構(gòu)表征

圖2.PMS催化性能評(píng)估

圖3.協(xié)同機(jī)制分析

浙江農(nóng)林大學(xué)為該論文共同通訊作者單位，光機(jī)電學(xué)院徐晶教授與昆明理工大學(xué)陜紹云教授、胡天丁副教授為共同通訊作者，光機(jī)電學(xué)院研232班魯文明為共同第一作者。

（光機(jī)電學(xué)院 徐晶）