近日，我院光学工程学科徐晶教授和研232班鲁文明研究生，联合昆明理工大学陕绍云教授、胡天丁副教授团队，在环境催化领域国际顶级期刊《Applied Catalysis B：Environment and Energy》（中科院：1区TOP，IF=21.1）发表了题为“Engineering coordination environment of cobalt single-atoms integrated with cobalt nanoclusters to construct d-band center targeted Co (IV)=O and accelerate PMS activation”的高水平研究论文。该研究通过构建单原子-纳米团簇协同催化体系，实现了高价钴氧活性物种Co(IV)=O的高选择性生成，为过氧单硫酸盐高级氧化体系中非自由基催化机制的精准调控提供了新的理论基础和材料设计策略。
抗生素等持久性有机污染物在水环境中的持续存在已成为全球关注的重要生态与健康问题。基于过氧单硫酸盐（PMS）的高级氧化技术因能够产生多种活性氧物种，在水体有机污染治理领域受到广泛关注。然而，在传统钴基催化体系中，高自旋钴中心存在固有的氧限域效应，导致高价钴氧物种Co(IV)=O难以高效生成，从而限制了催化体系在活性、选择性与稳定性之间的协同提升。针对这一问题，研究团队提出单原子-纳米团簇协同调控策略。通过树脂微球负载ZnCo-ZIF前驱体并经高温煅烧，构建了具有CoC2N2配位结构的钴单原子-钴纳米团簇耦合催化剂（CoSA–CoNC/CN）。结构表征结果表明，纳米团簇与邻近单原子位点形成稳定的协同界面，有效调控了单原子钴位点的局域电子结构。催化性能测试表明，该催化剂在PMS活化过程中能够实现高达97.2%的Co(IV)=O生成选择性，并在连续流反应器中实现99%的四环素降解效率。机理研究表明，该体系主要通过以Co(IV)=O为主导的非自由基氧化路径实现污染物降解，其中Co(IV)=O的贡献率高达94.66%。密度泛函理论计算揭示，邻近钴纳米团簇能够通过电子耦合作用显著调控单原子钴位点的d带中心位置，从而降低PMS活化能垒并促进Co(IV)=O的形成。本研究不仅为设计高效、稳定的PMS活化催化剂提供了新思路，更凸显了多活性位点协同调控反应路径的潜力，也为抗生素等持久性有机污染物的高效治理提供了新的材料设计思路。
图1.Co-CN-1000的合成示意图及SEM、TEM、球差电镜图
图2Co-CN-1000的XRD、FT-IR、Raman、XANES表征
图3Co-CN-1000/PMS降解性能
图4原为光谱与探针实验
图5. PMS活化机理
图6.协同机制分析
论文链接：
W.Quan, W.Lu,S. Shan, J. Xu, T. Hu. Engineering coordination environment of cobalt single-atoms integrated with cobalt nanoclusters to construct d-band center targeted Co(IV)=O and accelerate PMS activation, Applied Catalysis B: Environment and Energy 390 (2026) 126640.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.126640
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337326002602?via%3Dihub
（文：徐晶，审核：姚立健，终审：何利平）
