重庆大学 陈飞 Nat. Commun：孤立Co-O-Zn构型的表面羟基化单原子催化剂调节活性组份

第一作者： Zhi-Quan Zhang 、 Pi-Jun Duan

通讯作者：陈飞

通讯单位： 重庆大学

单原子催化剂（ SACs ）正在成为选择性调控活性物质的有力工具，为绿色和可持续的芬顿催化提供了巨大的希望。然而，由于其载体的特异性，目前的 SACs 面临局限性，仅允许在某些氧化系统中进行选择性调节。这一限制使得跨不同系统的目标监管具有挑战性。

为此，本研究设计了一种 SAC ，称为 CoSAs-ZnO ，具有表面羟基化和分离的不对称 Co-OZn 构型。

要点 1. 本文根据 DFT 预测，精心构建了具有表面羟基化和 Co-O-Zn 结构的 SAC 。该 SAC 对 PMS 和 PAA 的激活效果显著，分别达到 86% 和 89% 的利用率。 SMX 在两种体系中的降解率都非常高，在 6 分钟内几乎完全去除。此外，该 SAC 在 PMS 和 PAA 体系中分别有 96% 和 95% 的选择性生成 SO ₄ ^•− 和 ¹ O ₂ 。

要点 2 . 详细的 DFT 计算表明， ZnO 表面羟基在调节氧化剂的吸附构型中起着关键作用，从而使每个体系中选择性地产生特定的活性物质。这项研究为多功能应用的 SACs 设计提供了见解，并为其在废水处理和高价值化学转化中的应用铺平了道路。

图 1 ：在理论计算的指导下， Co SA 的巧妙设计。 a SACs 概览图。 b 不同材料的功函数。 c, d (c) ZnO, (d) CoSAs-ZnO 的功函数及相应的结构模型。 e 不同位置 Co 取代的形成能比较。 f CoSAs-ZnO 合成过程示意图。 g 与已有报道的脱 SMX 催化剂的 k 值比较。

图 3 ：高效且自 PH 稳定的芬顿类去污。 a 不同反应体系中 SMX 的降解效率。 b 不同反应体系降解效率和反应速率常数的比较。 c 比较 CoSAs-ZnO 对 PMS 和 PAA 的利用效率。 d 评价 CoSAs-ZnO/PMS 和 CoSAs-ZnO/PAA 体系 6 次循环去除 SMX 的效果。 e 不同初始 pH 条件下 CoSAs-ZnO/PM S 和 CoSAs-ZnO/PAA 反应体系的 pH 变化。 f CoSAs-ZnO/PMS 体系和 CoSAs-ZnO/PAA 体系在不同初始 pH. g 条件下对 SMX 的降解效率。 h CoSAs-ZnO/PMS 和 CoSAs-ZnO/PAA 反应体系对多种污染物的去除。 i 背景离子对 CoSAs-ZnO/PMS 和 CoSAs-ZnO/PAA 反应体系降解 SMX 效率的影响。

参考文献： Zhi-Quan Zhang, Pi-Jun Duan, Chang-Wei Bai. et al. Surface-hydroxylated single-atom catalyst with an isolated Co-O-Zn configuration achieves high selectivity in regulating active species. Nature Communications . (202 5 ).

文献链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-57560-9

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