发布时间：2025-02-08 阅读次数：182 来源：环境科学与工程系
近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在纳米限域单原子催化研究方面取得新进展。相关研究以“Ultrafast Water Purification by Template-Free Nanoconfined Catalysts Derived from Municipal Sludge”为题，于2025年1月17日发表于Angewandte Chemie International Edition（DOI: 10.1002/anie.202423629）。
在非均相类芬顿催化剂界面上进行纳米限域，为推进水净化中的氧化过程提供了前景广阔的途径。在本文中，我们发展了一种免模板的策略，通过市政污泥制备纳米限域催化剂（S-NCC），同步优化了金属单原子位点的原子结构和碳载体的微观结构，有效调控了活性氧（ROS）的生成和利用，从而实现污染物的快速降解。利用市政污泥固有的复杂性，该方法采用选择性氢氟酸刻蚀，将原子分散的铁中心原位封装限域在微介孔碳基底内。这一策略最大化利用了污泥中硅和铝成分，防止了金属团聚，并调节了活性金属的局域结构（从Fe-N4到Fe-N3O）。进而，S-NCC 促进了非自由基反应机制向自由基/非自由基混合反应机制的转变，显著提高了 ROS 的效率、稳定性和污染物降解率。这些催化剂具有卓越的污染物去除性能，与非限域类似物相比，它们对苯酚和磺胺甲恶唑等化合物的降解效率提高了 261 倍，超过了先前报道的最先进的类芬顿系统。研究结果凸显了纳米限域单原子催化在环境应用中的变革潜力，为可持续水净化提供了有效且可扩展的解决方案。
图 污泥源纳米限域单原子催化剂的合成原理与催化特性
该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。同时，研究还得到了中国科大超算中心、上海同步辐射光源、北京正负电子对撞机以及合肥同步辐射光源的支持。
