單原子負載氮化碳高效降解抗生素研究方面取得進展

　　近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員孔令濤團隊提出了一種在氮化碳納米片上錨定單原子的預組裝策略，制備出系列單原子負載氮化碳類芬頓催化劑并用于水中四環素污染物的降解，將催化活性提升了1-2個數量級。

　　類芬頓是一種以自由基為主要活性物種的反應，H₂O₂和PMS（過硫酸鹽）是兩種常用的類芬頓氧化劑，由于兩者產生的自由基的半衰期短，利用效率低，因此可通過縮短自由基向污染物分子的遷移距離提高催化效率。目前，單原子材料已被證明對氧化劑具有較好的活化作用。氮化碳是一種二維富氮材料，其具有納米片結構、可調節的比表面和較高的穩定性，是一種很好的單原子催化劑支撐材料；同時，其豐富的氮元素可以為金屬離子的嵌入提供理想位點，形成獨特的配位結構和電子構型。因此，將金屬原子固定在氮化碳納米片上，可將自由基限制在污染物附近，從而有效提高類芬頓催化效率。  

　　鑒于此，研究人員提出了一種具有廣譜通用的熱解配位聚合預組裝策略，將單原子（如Cu、Fe、Co、Mn等）錨定在氮化碳納米片上，并證明了它們在類芬頓催化中的通用性。作為概念性驗證，研究選擇單原子銅催化劑（SA-Cu-CN）作為四環素（TC）降解和機理闡述的模型材料。SA-Cu-CN的類芬頓催化活性相比于研究中使用的其他材料提高了1-2個數量級。EPR分析和淬滅實驗表明該催化體系中·OH和SO₄·^-的生成對降解TC起著至關重要的作用。結合超高液相色譜-質譜分析與DFT理論計算，研究對TC的降解路徑及產物毒性進行了分析鑒定，SA-Cu-CN類芬頓催化劑顯示出對有機污染物的深度處理能力。此外，研究人員通過相同的制備方法合成了SA-Fe-CN、SA-Co-CN和SA-Mn-CN等系列單原子催化劑，均表現出較好的類芬頓催化活性。該研究對發展類芬頓催化劑及其在水處理領域的應用具有重要意義。 

　　相關研究成果發表在Separation and Purification Technology上。研究工作得到國家重點研究開發計劃、國家自然科學基金、安徽省自然科學基金及合肥研究院院長基金等項目的資助。