氮掺杂石墨烯锚定单原子-双位点催化剂应用于类芬顿反应

　　中国科学院大连化学物理研究所黄延强研究员、张涛院士团队与新加坡南洋理工大学刘彬教授合作，首次将氮掺杂石墨烯锚定的Co单原子催化剂应用于类芬顿反应中并取得了重要进展。相关研究结果以全文的形式发表在《美国化学会志》上（J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b05992），并被邀请作为JACS当期封面文章。 

　　近年来，以催化过硫酸盐（PMS）产生自由基实现有机污染物分子高效降解的类芬顿反应受到广泛的关注，设计高效的催化剂以提高PMS活化效率和实现有机物分子的高效降解是PMS类芬顿反应研究的重点。然而，作为自由基主导的反应，自由基的半衰期通常极短，因此，缩短自由基从PMS催化位点到有机物分子吸附位点的迁移距离是高效类芬顿反应催化剂开发的关键。 

　　为此，该团队开发了一类氮掺杂石墨烯锚定的Co单原子类芬顿反应催化剂应用于催化活化PMS降解有机污染物分子双酚A（BPA）。利用同步辐射光源、X射线光电子能谱等多种表征手段并结合DFT理论计算证明：催化剂中的吡咯N为有机物分子的吸附位点，单原子CoN₄位点为PMS的催化位点，单线态氧为整个反应的主要活性中间物种。并由此首次提出了单原子-双位点的类芬顿反应催化机理：单原子CoN₄位点催化PMS产生的单线态氧自由基，快速迁移到吸附BPA分子的吡咯N位点，实现有机物分子的高效降解。该类氮掺杂石墨烯锚定的Co单原子催化剂在催化PMS的类芬顿反应中表现出远高于已报道催化剂的优异性能（TOF = 12.52 min^-1）。 

　　在该研究工作中，北京同步辐射装置为揭示催化剂中N配位的单原子Co位点的结构和配位环境提供了直接证据，相关研究成果拓展了单原子催化剂在类芬顿反应领域的应用，与此同时，双位点催化机理的提出为单原子催化剂的设计提供了新思路。

　　发表文章： 

　　Xuning Li, Xiang Huang, Shibo Xi, Shu Miao, Jie Ding, Weizheng Cai, Song Liu, Xiaoli Yang, Hongbin Yang, Jiajian Gao, Junhu Wang, Yanqiang Huang,* Tao Zhang, and Bin Liu*. Single cobalt atoms anchored on porous N-doped graphene with dual reaction sites for efficient Fenton-like catalysis, J. Am. Chem. Soc. 140 (2018) 12469.