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随着工业化的快速发展和人口增长，水污染问题日益严峻。传统水处理技术难以有效去除新污染物，尤其在复杂水体环境中效率低下。因此，开发高性能、抗干扰能力强、循环稳定性高的催化剂成为保障可持续水净化和水安全的关键。
然而，传统的试错法开发催化剂存在研究周期长、效率低的问题。此外，催化剂的活性和稳定性依赖于精准的合成技术，但现有方法难以精准控制微观结构，导致活性位点不可控、传质速率受限，从而降低催化剂的整体性能。
DigCat加速催化剂设计，助力突破性研究！
近日，
中国科学技术大学盛国平教授、李正浩副研究员，南方科技大学吴振禹副教授，与日本东北大学李昊教授
合作，借助
“数字催化平台” (Digital Catalysis Platform, DigCat
: https://www.digcat.org)
，提出
数据驱动+精准合成
策略，成功开发出一种高活性、富含介孔的
类芬顿铁单原子催化剂，在实际水体中展现出
超快去污能力、出色的循环稳定性和强抗干扰性能
。
该研究成果已于2025年1月31日发表在国际顶级期刊
Angewandte Chemie（德国应用化学）。
研究团队利用DigCat的数据进行
高通量筛选
，以
OH和
O关键中间体的结合能作为描述符，从
43种M-N₄单原子结构
中快速锁定高效催化位点。其中，
Fe-N₄结构表现出卓越的类芬顿催化性能，极大缩短了催化剂筛选的时间成本
。所有结构数据及火山图模型已
部署在DigCat平台
，为后续研究提供强有力的数据支持。
精准合成+理论验证，实现超高性能！
在合成方面，研究团队采用
高度可控的聚合硬模板法
精准调控催化剂的微观结构，最终制备出
高活性Fe-N₄位点（3.83 wt%）和富含介孔的铁单原子催化剂
。该催化剂展现出
超快去污能力
，在1分钟内即可高效去除磺胺类抗生素（速率常数高达100.97 min⁻¹ g⁻²），远超目前已报道的材料。此外，该催化剂在实际废水处理中表现出
优异的循环稳定性和强抗干扰能力
，展现了良好的应用潜力。
结合
EPR、原位光谱实验和理论计算
，研究团队深入解析催化机理，揭示Fe-吡啶-N₄位点在活化过硫酸盐生成¹O₂过程中的核心作用。结果表明，该位点显著降低了
OH和
O生成的反应能垒，从而促进¹O₂的高效生成，且
实验数据与DigCat数据驱动结果高度吻合
。
图3
图4
图5
数据驱动+精准合成，开拓催化材料新范式！
本研究利用DigCat平台的
大规模数据筛选+精准实验验证
策略，成功开发出一种高性能、强抗干扰、稳定的铁单原子催化剂，为实际废水中新污染物的去除提供了
高效解决方案
。同时，该研究突破了传统催化剂设计的瓶颈，为环境、能源、化工等领域的高性能催化剂开发提供了全新思路。值得一提的是，该研究工作的主体实验数据也已上传至
DigCat平台的PMS模块
，供用户使用。
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研究成果已发表于
Angewandte Chemie
，欢迎阅读原文！
（DOI:
https://doi.org/10.1002/anie.202500004
