哈工大马军院士团队ACB｜Fe-Mn双原子催化剂活化PMS近100%选择性生成高价金属

转 自：环境工程与科学

12月9日 ，哈尔滨工业大学马军院士团队何旭副教授课题组 在 Applied Catalysis B: Environmental and Energy 发表了题为 “Electronic Structure Reconstruction of Fe-Mn Diatomic Pair for Disentangling Activity-Stability Tradeoff in Fenton-like Reactions” 的研究论文，通过 实验和理论分析系统地阐明了铁-锰双原子催化剂对 PMS 的吸附和活化、长寿命高价金属的生成和利用以及结构稳定性的协同作用。

作为最强大的水净化技术之一，基于过一硫酸盐的异质高级氧化工艺（PMS-AOPs）在过去几十年中取得了重大进展。在早期，PMS-AOPs 由于 SO ₄ ^{• -} 的氧化还原电位和寿命优于 • OH 、广泛的 pH 适应性、固体 PMS 易于运输和储存等优点而备受青睐。然而，在实际水处理过程中，具有高氧化还原电位的 SO ₄ ^{• -} 和 • OH 的选择性较差，并受到催化剂损坏和自由基清除的影响，导致 PMS 利用率较低。因此，非自由基途径被认为是最有前途的氧化工艺。由于氧化还原电位温和且反应途径特殊，非自由基氧化法具有很高的抗背景干扰能力和 PMS 利用效率。

催化活性的增强往往伴随着选择性或稳定性的降低。本研究开发了以掺杂 N 的碳为载体、含有FeMnN ₆ 的铁锰双原子催化剂（Fe-Mn DACs），这种催化剂既保留了单原子催化剂（SACs）的高选择性，又由于相邻铁原子和锰原子之间的协同作用而提高了活性和稳定性。铁-锰 DAC 可在 5 分钟内 100% 降解 2-氯苯酚（2-CP），对高价金属氧（HVMO）的生成具有接近 100% 的选择性和 100% 的过一硫酸盐（PMS）利用率，其性能优于对应的 SAC 和之前报道的铁/锰基催化剂。多项实验证明，在锰 SAC 中引入铁元素可提高 Mn(IV)=O 的生成，从而增强 Mn 位点的催化活性。理论计算与实验相结合揭示了铁锰相互作用引发的带隙缩小和电子结构优化加强了铁锰 DAC 与 PMS 之间的轨道重叠和电子转移，从而促进了 PMS 的吸附、活化和 HVMO 的生成。稳定的异核 Fe(V)-O-O-Mn(IV)物种的快速和可持续生成，同时实现了高活性、高选择性和高稳定性的污染物降解，有利于水净化应用。这项研究从原子层面揭示了类Fenton反应中 Fe-Mn 双原子位点的协同作用，对绿色环境修复具有重要意义。

声明：本公众号仅用于分享前沿学术成果，无商业用途。如涉及侵权，请联系 公众号后台 删除！