在2021年9月14日，Applied Catalysis B: Environmental（IF=19.503）和Nature Communications（IF=14.919）上分別發表關于鐵（Fe）單原子催化劑的最新成果。下面，對這兩篇成果進行簡要的介紹，以供大家學習和了解！
山大Appl. Catal. B: Environ.：去除率100%！SAFe-CN上過氧單硫酸鹽的介導電子轉移活化和有效去除有機污染物
單原子催化劑（SACs）具有最大的原子利用率（≈100%）和獨特的金屬原子位點電子結構等明顯優勢，受到廣泛的關注。在高級氧化過程（AOP）中廉價且豐富的鐵（Fe）基催化劑通常表現出自由基或高價鐵物種（HV-Fe）主導的活化機制。
近日，山東大學許醒副教授和高寶玉教授（共同通訊作者）等人受到SACs催化的啟發，報道了一種原子分散錨定在g-C3N4上的Fe（SAFe-CN），用于過氧硫酸鹽（PMS）活化降解鄰苯苯酚（OPP）。鄰苯苯酚（OPP）是一種廣泛使用的殺菌劑和表面消毒劑，由于其對生物體的急性和慢性毒性，因此選擇OPP作為目標污染物。
研究發現，SAFe-CN的激活機制是非自由基途徑。考慮到非自由基途徑的發生和機理存在巨大爭議，作者利用自由基猝滅試驗、電化學分析、PMS分解試驗和光生單線態氧系統等一系列方法對SAFe-CN的PMS活化機理進行了系統研究。通過PMS分解試驗和計時變光光度法（CP）等表征發現，普通的自由基清除劑不妨礙OPP的去除，表明不存在SO4??和?OH，排除了1O2和HV-Fe的參與，最終確定介導電子轉移為主導機制。
通過理論計算工具（Bader電子分析、電子密度拉普拉斯函數和差電荷密度）闡明了SAFe在催化氧化中的本征機制線性回歸分析（LRA）。利用SAFe-CN制造的水處理過濾器，在運行100 h后，其OPP去除率仍然保持在100%。這些結果為介導電子轉移的機理以及非自由基主導過程在器件層面的潛在應用提供了新的見解。
Activation of Peroxymonosulfate via Mediated Electron Transfer Mechanism on Single-Atom Fe Catalyst for Effective Organic Pollutants Removal. Appl. Catal. B: Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120714.
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120714.
華中師大Nat. Commun.：相鄰單原子Fe促進分子氧活化
高效的分子氧活化對于催化氧化反應至關重要，但是其高度依賴于活性位點的構建。近日，華中師范大學張禮知教授和劉曉博士（共同通訊作者）等人報道了通過錨定在MnO2上的兩個相鄰Fe原子組裝形成一個雙原子位點，也稱為MnO2負載Fe二聚體，它激活分子氧以形成活性中間物種Fe(O=O)Fe，從而實現高效CO氧化。
作者通過草酸鹽螯合輔助水熱法將單個Fe原子錨定在MnO2（Fe/MnO2）上。對比MnO2中傳統的氧空位，Fe/MnO2中兩個相鄰的單原子Fe位點更有利于通過形成Fe(O=O)Fe活性物種立即激活氧分子。從分子水平上看，具有端接模式的Fe(O=O)Fe活性物種中的懸垂氧原子被賦予弱鍵強度和電荷局部化，以比純MnO2氧空位中的O2活化更低的活化勢壘參與反應。
該工作揭示了過渡金屬氧化物的分子氧活化機制，并通過單原子技術構建新的活性位點，提供了一種有效的途徑來激活氧分子。更重要的是，相鄰的兩個單原子活性位點有望用于對N2、CO2和CH4等惰性小分子的高效活化。
Adjacent single-atom irons boosting molecular oxygen activation on MnO2. Nature Communications, 2020, DOI: 10.1038/s41467-021-25726-w.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25726-w.
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