近日，中国科学技术大学环境学院在类芬顿反应中高价金属的选择性生成研究方面取得新进展，创新性地构建了双核Fe2–N6位点，显著提升了对水体污染物的去除效能与材料稳定性。研究成果以“Geometry-Controlled Cooperativity at Binuclear Fe2–N6 Sites Enables Selective FeIV=O Generation for Durable Fenton-Like Oxidation”为题发表于‌Angewandte Chemie International Edition。

在类芬顿催化中，活跃越高的金属中心往往越容易在持续的强氧化环境中发生脱金属化，对于本身金属负载量低的单原子催化剂而言，即使少量金属流失也可能造成显著的活性位点损失，使催化剂活性发生显著衰退。针对这一活性–稳定性权衡，本研究提出了一种在保持第一Fe–N配位壳层稳定性的基础上，通过相邻活性中心的几何协同提升反应活性的策略，将两个Fe–N4位点通过桥联N原子组装成Fe2–N6双核中心，实现了Fe–N–Fe单元中的轨道耦合、电荷重新分布以及邻近Fe位点之间的协同作用。结果表明，Fe2–N6构型显著增强了Fe–N中心的电子离域和界面电荷转移，并促进PMS在两个Fe中心上的协同吸附，使FeIV=O的生成更加有利。由此，Fe2–N6/NC表现出更快的污染物降解动力学速率、更宽的水质适应范围以及更优异的长期运行稳定性。进一步结合原位光谱、同位素标记、化学探针和DFT计算，该研究建立了“双核几何结构—协同吸附—电子转移—FeIV=O生成—长期稳定运行”之间的结构–性能关系，并通过真实医院废水和生命周期评价验证了体系的实际应用潜力。

图 几何构型调控的高价金属生成示意图

该研究得到了国家自然科学基金面上项目和安徽省科技创新攻坚计划等项目的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.4830572