近日，我所能源研究技术平台穆斯堡尔谱研究组（DNL2005组）王军虎研究员团队和北京师范大学环境与生态前沿交叉研究院敖志敏教授团队合作，发现了FeN4位点上活化过硫酸盐（PMS）直接生成单线态氧（1O2）的反应路径，以及其对污染物的高效降解特性，为深入理解类芬顿反应非自由基路径的产生及其调控提供了新策略。
由于水质情况复杂，各种无机阴离子或高浓度有机物对类芬顿反应中自由基基团具有猝灭作用，限制了其在实际废水处理中的应用。非自由基主导的体系可以有效地克服上述限制，不受广泛存在的水中各种基质干扰，对污染物的降解表现出高活性。单线态氧作为典型的非自由基基团，具有存活时间长，抗干扰性强等特点，但一直以来，对于其如何通过PMS活化产生的路径存在争议。
本工作中，合作团队通过简单的焙烧，制备了含单原子铁Fe-NC和铁氧化物/金属铁纳米簇的类芬顿催化剂。研究发现，即使在高盐度、高浓度腐植酸和宽pH值范围内（无机盐离子浓度为100mM，腐殖酸浓度为100mg/L，pH为4至9），合成的催化剂仍可以在活化PMS氧化难降解污染物的过程中发挥作用，表现出了优异的环境耐受性。淬灭实验与电子顺磁共振光谱分析确认，1O2为主要活性物质，它直接产生在与PMS末端O原子结合的FeN4（吡啶）构型上。此外，实验结果和密度泛函理论（DFT）计算也说明了1O2直接生成过程的有效性和合理性，1O2是由吸附的HSO5-上的两个O 原子伴随着两个HSO4-离子的形成而产生的。本项研究利用单原子催化位点探究单线态氧的生成路径，为深入理解类芬顿反应非自由基路径的产生及其调控提供了新策略。
相关成果以“Mechanical insight into direct singlet oxygen generation pathway: Pivotal role of FeN4 sites and selective organic contaminants removal”为题，发表在Applied Catalysis B: Environmental上。该工作的共同第一作者是我所DNL2005组博士研究生张亮和广东工业大学硕士研究生孙芸。该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院国际伙伴计划等项目的资助。（文/图 张亮）
