在2021年9月14日，Applied Catalysis B: Environmental（IF=19.503）和Nature Communications（IF=14.919）上分別發(fā)表關(guān)于鐵（Fe）單原子催化劑的最新成果。下面，對(duì)這兩篇成果進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，以供大家學(xué)習(xí)和了解！
山大Appl. Catal. B: Environ.：去除率100%！SAFe-CN上過(guò)氧單硫酸鹽的介導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移活化和有效去除有機(jī)污染物
單原子催化劑（SACs）具有最大的原子利用率（≈100%）和獨(dú)特的金屬原子位點(diǎn)電子結(jié)構(gòu)等明顯優(yōu)勢(shì)，受到廣泛的關(guān)注。在高級(jí)氧化過(guò)程（AOP）中廉價(jià)且豐富的鐵（Fe）基催化劑通常表現(xiàn)出自由基或高價(jià)鐵物種（HV-Fe）主導(dǎo)的活化機(jī)制。
近日，山東大學(xué)許醒副教授和高寶玉教授（共同通訊作者）等人受到SACs催化的啟發(fā)，報(bào)道了一種原子分散錨定在g-C3N4上的Fe（SAFe-CN），用于過(guò)氧硫酸鹽（PMS）活化降解鄰苯苯酚（OPP）。鄰苯苯酚（OPP）是一種廣泛使用的殺菌劑和表面消毒劑，由于其對(duì)生物體的急性和慢性毒性，因此選擇OPP作為目標(biāo)污染物。
研究發(fā)現(xiàn)，SAFe-CN的激活機(jī)制是非自由基途徑?？紤]到非自由基途徑的發(fā)生和機(jī)理存在巨大爭(zhēng)議，作者利用自由基猝滅試驗(yàn)、電化學(xué)分析、PMS分解試驗(yàn)和光生單線(xiàn)態(tài)氧系統(tǒng)等一系列方法對(duì)SAFe-CN的PMS活化機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過(guò)PMS分解試驗(yàn)和計(jì)時(shí)變光光度法（CP）等表征發(fā)現(xiàn)，普通的自由基清除劑不妨礙OPP的去除，表明不存在SO4??和?OH，排除了1O2和HV-Fe的參與，最終確定介導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移為主導(dǎo)機(jī)制。
通過(guò)理論計(jì)算工具（Bader電子分析、電子密度拉普拉斯函數(shù)和差電荷密度）闡明了SAFe在催化氧化中的本征機(jī)制線(xiàn)性回歸分析（LRA）。利用SAFe-CN制造的水處理過(guò)濾器，在運(yùn)行100 h后，其OPP去除率仍然保持在100%。這些結(jié)果為介導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的機(jī)理以及非自由基主導(dǎo)過(guò)程在器件層面的潛在應(yīng)用提供了新的見(jiàn)解。
Activation of Peroxymonosulfate via Mediated Electron Transfer Mechanism on Single-Atom Fe Catalyst for Effective Organic Pollutants Removal. Appl. Catal. B: Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120714.
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120714.
華中師大Nat. Commun.：相鄰單原子Fe促進(jìn)分子氧活化
高效的分子氧活化對(duì)于催化氧化反應(yīng)至關(guān)重要，但是其高度依賴(lài)于活性位點(diǎn)的構(gòu)建。近日，華中師范大學(xué)張禮知教授和劉曉博士（共同通訊作者）等人報(bào)道了通過(guò)錨定在MnO2上的兩個(gè)相鄰Fe原子組裝形成一個(gè)雙原子位點(diǎn)，也稱(chēng)為MnO2負(fù)載Fe二聚體，它激活分子氧以形成活性中間物種Fe(O=O)Fe，從而實(shí)現(xiàn)高效CO氧化。
作者通過(guò)草酸鹽螯合輔助水熱法將單個(gè)Fe原子錨定在MnO2（Fe/MnO2）上。對(duì)比MnO2中傳統(tǒng)的氧空位，F(xiàn)e/MnO2中兩個(gè)相鄰的單原子Fe位點(diǎn)更有利于通過(guò)形成Fe(O=O)Fe活性物種立即激活氧分子。從分子水平上看，具有端接模式的Fe(O=O)Fe活性物種中的懸垂氧原子被賦予弱鍵強(qiáng)度和電荷局部化，以比純MnO2氧空位中的O2活化更低的活化勢(shì)壘參與反應(yīng)。
該工作揭示了過(guò)渡金屬氧化物的分子氧活化機(jī)制，并通過(guò)單原子技術(shù)構(gòu)建新的活性位點(diǎn)，提供了一種有效的途徑來(lái)激活氧分子。更重要的是，相鄰的兩個(gè)單原子活性位點(diǎn)有望用于對(duì)N2、CO2和CH4等惰性小分子的高效活化。
Adjacent single-atom irons boosting molecular oxygen activation on MnO2. Nature Communications, 2020, DOI: 10.1038/s41467-021-25726-w.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25726-w.
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