近期，中国科学技术大学环境学院在污染物低药剂选择性聚合去除研究方面取得新进展。相关研究以“Superexchange-Assisted Fe(IV)=O Chain Formation on Scalable Iron Single-Atom Catalysts for Low-Chemical Water Purification in Flow”为题，于2026年6月11日发表于Advanced Materials。

基于聚合反应的废水处理技术可在低能耗条件下同步实现污染物净化与资源回收，其核心机制是将水体中低浓度有机污染物转化为可分离产物。但该技术依赖氧化剂的选择性活化，铁元素储量丰富且具备工业应用价值，却由于d带中心过高易生成亚稳态PMS*，大幅降低聚合反应选择性。本研究设计并制备了一种间距精准调控的铁单原子催化剂（Fe-SAC），催化剂内含配对耦合的 Fe1-Fe2活性位点，可通过PMS分步转化连续生成Fe (IV)=O。理论计算与实验结果证实：首个 Fe1(IV)=O 生成后，会诱导相邻 Fe2位点发生高自旋转变，该自旋重排布效应能够增强 Fe-O 共价键作用，并促进超交换辅助反应路径；借助双齿轴向键合与位点间电子耦合作用，体系可将PMS*进行转化以持续链式生成 Fe2(IV)=O。在连续流反应器体系中，该可规模化制备的铁单原子催化剂将聚合反应选择性由29.9%提升至73.3%，电子利用率由156.8%提升至443.8%。生命周期评价与技术经济分析结果进一步表明：催化剂制备阶段、水处理运行阶段的环境负荷分别降低约88%、79%，污染物处理成本预估下降约90%。本研究提出一套普适性设计策略，突破了高选择性Fe (IV)=O反应体系的应用瓶颈，为低药剂投加量、具备工程落地价值的聚合式水处理技术奠定理论基础。

图 超交换辅助Fe(IV)=O的链式生成

该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。同时，研究过程中还得到了中国科大超级计算中心、中国科大理化科学实验中心、合肥同步辐射光源与北京、上海同步辐射光源的支持。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.73668