近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在调控污染物催化聚合去除研究方面取得新进展。相关研究以“Tailoring d-band center of high-valent metal-oxo species for pollutant removal via complete polymerization”为题，于2024年3月14日发表于Nature Communications（doi: 10.1038/s41467-024-46739-1）。

驱动污染物聚合去除为同步实现污染减排和资源回收提供了一种可持续且低碳的解决方案，然而，由于对电子结构依赖的微观反应机制认识不足，调控这一过程仍然存在巨大的挑战。基于此，本工作合成了一系列过渡金属（Cu、Ni、Co和Fe）单原子催化剂，阐明了污染物催化聚合的本质机制，发现活化过一硫酸盐产生的高价金属物种能够通过聚合转移途径实现污染物的去除。并通过创新的自旋捕获和淬灭方法揭示了聚合反应中的关键中间体——苯氧自由基：开发的新捕获剂CHANT能够在捕获苯氧自由基形成稳定加合物的同时释放出持久性自由基TEMPO的信号；而使用的新抑制剂阿魏酸FA能够实现苯氧自由基的转移从而终止反应。更重要的是，通过调节高价金属物种d带中心来改变其与过一硫酸盐的键合强度，实现了对高价金属物种氧化能力的精确调控，并通过降低高价金属物种的d带中心实现了污染物的完全催化聚合去除。这项工作提出了高价金属物种电子结构的动态调节方案，为优化污染物催化聚合去除提供了一种通用策略。

该研究工作得到了国家自然科学基金项目、中国科学技术大学学生创新创业基金等项目的资助。同时，研究过程中还得到了中国科大超级计算中心、中国科大理化科学实验中心、合肥同步辐射光源与北京、上海同步辐射光源的支持。

图 定制高价金属物种的d带中心实现污染物的完全催化聚合去除

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46739-1#Ack1