2025级博士生楚雨晨发表CEJ：通过原子级分散的Co位点在MnO₂上的定向调控，驱动高价钴-氧物种与乙酰过氧自由基协同激活过氧乙酸，实现磺胺二甲基嘧啶的超快速降解。

第一作者：楚雨晨

通讯作者：曾光明教授、周成赟副教授

论文doi：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.170163

成果简介

本文采用自合成的MnO₂为原料，通过氧化还原与煅烧法理性设计并合成了锚定在MnO₂上的钴单原子（Co-MnO₂）。首先，通过一系列表征技术对Co-MnO₂的结构进行表征，以确认单原子钴的存在。其次，研究了由PAA活化后的Co-MnO₂对典型抗生素磺胺二甲基嘧啶（SMZ）的去除性能。

全文速览

抗生素污染物的有效降解在废水处理中仍然具有挑战性。本文合成了一种在MnO₂上具有定制Mn-O配位的单原子Co催化剂（Co-MnO₂），用于活化过氧乙酸（PAA）以超快降解磺胺二甲基嘧啶（SMZ）。Co-MnO₂/PAA系统在10分钟内实现了96.8%的SMZ去除率（速率常数：0.3415分钟^-1),比原始MnO₂高出243.9倍。一种多途径降解机制，包括由乙酰过氧自由基（CH₃C（O）OO•）驱动的自由基途径和由高价钴氧物种（Co（IV）=O）以及单线态氧（¹O₂）介导的非自由基途径。密度泛函理论计算表明，单原子Co有效地扰乱了MnO₂晶体中电子的分布，导致电荷更集中在单原子位点，降低了系统的总能量，削弱了催化剂和PAA之间的吸附能。

图文导读

一、催化剂的表征

二、性能测试

小结

在这项工作中，Co-MnO₂通过氧化还原驱动和煅烧方法成功合成，HAADF-STEM图像和XAFS分析充分证明了Co金属位点的原子分散性。Co-MnO₂/PAA体系表现出对SMZ的卓越氧化去除性能，在10分钟内去除率达到96.8%，且具有优异的可重复使用性。淬火实验和EPR分析表明该体系中同时存在双重催化氧化途径。自由基途径主要由活性物种CH₃C(O)OO•驱动，而非自由基途径主要由Co(IV)=O和¹O₂介导，这两者协同加速了SMZ的有效去除。实验和理论计算表明，Co的引入有利于PAA的吸附并促进电子转移，从而促进PAA分解和Co(IV)=O的形成。通过将催化剂负载到膜技术中构建的 Co-MnO₂/PAA 连续流反应实验，进一步验证了该系统的实际应用潜力。总之，Co-MnO₂/PAA 系统提出了一种可行的方法，基于两条反应途径实现对污染物的高效选择性去除，为单原子催化剂在 PAA 为基础的高级氧化工艺中降解复杂有机化合物的应用提供了指导。