转自：环境工程与科学
11月26日，浙江大学杨彬副教授、孙晨副研究员和阿德莱德大学段晓光副教授（共同通讯）在Applied Catalysis B: Environmental and Energy发表了题为“Oriented generation of 1O2 from peroxymonosulfate via Co3O4 facet engineering”的研究论文，通过一步水热法成功合成了三种不同形态Co3O4纳米粒子负载的碳纳米管（CNT）用于定向调控单线态氧生成。
随着工业的不断发展，废水中的有机污染物已对环境系统构成巨大威胁，并对人类健康造成严重危害，成为亟待解决的问题。通过精确控制催化剂和反应条件，基于过一硫酸盐的高级氧化工艺（PMS-AOPs）已被公认为是一种选择性处理废水中难降解有机污染物的高效方法。羟基自由基（•OH，1.9-2.7 V/NHE）、硫酸根自由基（SO4•-，2.5-3.1 V/NHE）、单线态氧（1O2，2.2 V/NHE）、高价金属（FeⅣ=O、CoⅣ=O、MnⅣ=O ）和催化剂-PMS*复合物都可以选择性地产生用于处理目标污染物的催化剂。其中，1O2 具有寿命长、亲电性强、选择性突出和抗水背景干扰能力强等优点，因此在选择性氧化含有羟基和氨基的富电子污染物方面受到广泛关注。然而，由于催化性能的限制和竞争反应的存在，1O2的生成效率和选择性并不理想。因此，开发创新催化剂和全面了解促进定向生成1O2的关键活性位点已成为关键的研究方向。
本研究合成了形态各异的 Co3O4 纳米粒子，包括纳米立方体、纳米流线型八面体和纳米多面体，它们分别具有(001)、(111)和(112)面。与 Co3O4-NP/CNTs-PMS（过硫酸盐）系统相比，Co3O4 -NC/CNTs-PMS（过一硫酸盐）系统的稳态 1O2 浓度显著提高，达到 8.84×10-¹⁰ M，选择性为 99.5%，提高了 462 倍。密度泛函理论（DFT）计算显示，(001) 面通过降低从 *OH 到 *O 的速率决定步骤的能垒，促进了1O2的产生。此外，还引入了哈米特σ-para 常数之和（∑σp）作为预测描述因子，能够以 87% 的准确率估算降解率。这项研究系统地阐明了Co3O4 晶面对1O2生成的影响，为设计催化剂和优化 PMS 激活策略以高效降解复杂水基质中的难降解污染物提供了宝贵的见解。
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