近期，中国科学技术大学环境科学与工程系俞汉青教授课题组和材料科学与工程系余彦教授课题组合作，揭示了碳球内部结构调控对提升其催化氧化污染物性能的重要作用。研究结果以“Sequential Assembly Tailored Interior of Porous Carbon Spheres for Boosted Water Decontamination through Peroxymonosulfate Activation”为题，于2022年1月19日在线发表于Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202111184）。

在非均相催化氧化去除污染物的过程中，污染物的吸附富集和活性氧物种（如自由基、单线态氧等）的高效利用是实现污染物高效去除的关键因素。多孔碳既是典型的污染物吸附材料，也是典型的催化材料，可以活化过硫酸盐等氧化剂产生强氧化性物种来降解污染物。具有中空、核壳等特殊内部结构的多孔碳球在吸附、催化过程中具有特殊优势，因而引起了环境领域研究人员的关注。然而，对于碳球内部结构与其催化去除污染物性能之间的关系，目前仍然缺乏系统的研究，因此如何利用具有特殊内部结构的碳球材料实现污染物的高效催化去除仍是一大问题。

针对上述问题，俞汉青教授课题组的博士生梅术传和博士后黄贵祥等通过发展时序组装的合成策略，制备了一系列具有中空和核壳结构的多孔碳球，并系统地对比了其催化活化过硫酸盐氧化污染物的性能，证实了多孔结构对污染物的吸附富集效果以及中空结构在催化反应中的优越性。通过对材料结构和催化机理的进一步分析，提出中空结构的优越性源自于其对催化过程中产生的单线态氧等短寿命活性氧物种的富集效应，通过减小中空结构的空腔尺寸，可以促进空腔中催化产生的单线态氧更高效地与污染物进行反应，从而强化污染物的去除效果。该工作为多孔碳材料的理性设计及其高效催化氧化去除污染物提供了重要参考。

该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、安徽省自然科学基金、中科大“双一流”基金等项目的支持。

图1. 时序组装调控多孔碳球内部结构强化催化去除污染物

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202111184