中国科学技术大学环境科学与工程系李文卫课题组近期在过硫酸盐高级氧化体系的金属氧化物催化机制解析方面取得进展，发现了钴锰双金属氧化物活化过硫酸盐降解污染物的协同催化反应新机制。相关成果以“Mn-O Covalency Governs the Intrinsic Activity of Co-Mn Spinel Oxides for Boosted Peroxymonosulfate Activation”为题，于2020年9月23日在线发表于Angewandte Chemie International Edition期刊（内封面论文）。

    基于过渡金属氧化物催化剂的过硫酸盐高级氧化技术在水污染控制方面具有巨大的发展和应用潜力，但这类催化剂普遍存在低价态金属再生困难的问题，从而限制了其催化活性并降低了持续运行的稳定性。近年来，尖晶石型双金属氧化物由于其优异的催化性能、高稳定性和独特的晶体结构（四面体和八面体位点共存）受到了广泛关注。然而，这类催化剂为何能突破金属氧化还原循环的热力学限制高效活化过硫酸盐，依然是尚未被破解的谜团。

    李文卫课题组利用多种表征手段并结合DFT理论计算，发现了 钴锰尖晶石氧化物（Co₃-xMnxO₄）在八面体位点处Mn-O是活化过一硫酸盐（PMS）的关键活性中心，并揭示了Co调控Mn-O共价性进而降低界面电子转移能促进MnVI-PMS相互作用和MnIII再生的双金属协同催化新机制。该研究成果揭示了尖晶石型双金属氧化物在该反应体系中本征催化活性的根源，指出了以过渡金属本身为唯一活性中心的传统催化理论存在的不足，对更深入的了解类芬顿高级氧化污染物降解过程以及开发更高效、稳定的金属氧化物催化剂具有重要的指导和借鉴意义。

    中国科学技术大学环境科学与工程系博士研究生郭智妍是论文的第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金委员会、科技部和中国科学技术大学国家同步辐射实验室与超算中心的支持。

图1 钴锰尖晶石氧化物活化PMS的催化机理

论文链接：

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.202010828