近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在纳米限域光热反应器促进过硫酸盐活化降解微污染物方面取得新进展。该研究通过空心碳球的纳米限域空间，在光照条件下构建了碳球内部的局域高温,实现了对过二硫酸盐活化降解微污染物的显著促进。研究成果以“Photothermal Nanoconfinement Reactor: Boosting Chemical Reactivity with Locally High Temperature in a Confined Space”为题，于2022年3月发表在Angewandte Chemie International Edition上（DOI: 10.1002/anie.202200093）。

提高反应速率和选择性一直是环境催化领域的长期目标。基于阿伦尼乌斯方程，化学反应速率和反应温度具有显著的相关性。并且，近期的一些研究证明，温度升高也可以促进催化反应的选择性。光热转换是一种绿色，便捷，非接触的获得大量热的技术，并且催化材料和反应溶液的温度在光热转化过程中也可以快速升高。光热反应已经在肿瘤治疗、光催化、消毒杀菌、二氧化碳还原等方面展示出了巨大的应用前景。但在前期的工作中发现，由于水的比热容较大，光热转换材料表面的局域高温要显著高于溶液的温度。而材料表面局域温度的升高会导致反应物分子脱附到溶液中，从而使材料表面的局域高温在催化反应中很难发挥作用。

针对上述挑战，中国科学技术大学盛国平课题组张汉超博士与香港理工大学开展了合作研究，利用纳米空心碳球的限域空间，在光照下构建了碳球内部的局域高温。而空心碳球表面的介孔结构也允许污染物和过二硫酸盐进入到碳球内部，从而显著促进了过二硫酸盐的活化和微污染物的降解。并且，空心碳球表面的介孔结构也可以阻碍环境水体中大分子干扰物如天然有机质等进入到碳球内部，从而缓解天然有机质对污染物降解的抑制作用。因此，基于纳米空心碳球的光热反应器同时促进了环境催化反应的速率和选择性。

该工作得到了国家自然科学基金资助。

图  纳米限域光热反应器同时促进催化反应速率和选择性

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202200093