随着工业化的快速发展和人口增长，水污染问题日益严峻。传统水处理技术难以有效去除新污染物，尤其在复杂水体环境中效率低下。因此，开发高性能、抗干扰能力强、循环稳定性高的催化剂成为保障可持续水净化和水安全的关键。
然而，传统的试错法开发催化剂存在研究周期长、效率低的问题。此外，催化剂的活性和稳定性依赖于精准的合成技术，但现有方法难以精准控制微观结构，导致活性位点不可控、传质速率受限，从而降低催化剂的整体性能。
DigCat加速催化剂设计，助力突破性研究！
近日，中国科学技术大学盛国平教授、李正浩副研究员，南方科技大学吴振禹副教授，与日本东北大学李昊教授合作，借助“数字催化平台” (Digital Catalysis Platform, DigCat: https://www.digcat.org)，提出数据驱动+精准合成策略，成功开发出一种高活性、富含介孔的类芬顿铁单原子催化剂，在实际水体中展现出超快去污能力、出色的循环稳定性和强抗干扰性能。该研究成果已于2025年1月31日发表在国际顶级期刊 Angewandte Chemie（德国应用化学）。
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研究团队利用DigCat的数据进行高通量筛选，以OH和O关键中间体的结合能作为描述符，从43种M-N₄单原子结构中快速锁定高效催化位点。其中，Fe-N₄结构表现出卓越的类芬顿催化性能，极大缩短了催化剂筛选的时间成本。所有结构数据及火山图模型已部署在DigCat平台，为后续研究提供强有力的数据支持。
精准合成+理论验证，实现超高性能！
在合成方面，研究团队采用高度可控的聚合硬模板法精准调控催化剂的微观结构，最终制备出高活性Fe-N₄位点（3.83 wt%）和富含介孔的铁单原子催化剂。该催化剂展现出超快去污能力，在1分钟内即可高效去除磺胺类抗生素（速率常数高达100.97 min⁻¹ g⁻²），远超目前已报道的材料。此外，该催化剂在实际废水处理中表现出优异的循环稳定性和强抗干扰能力，展现了良好的应用潜力。
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结合EPR、原位光谱实验和理论计算，研究团队深入解析催化机理，揭示Fe-吡啶-N₄位点在活化过硫酸盐生成¹O₂过程中的核心作用。结果表明，该位点显著降低了OH和O生成的反应能垒，从而促进¹O₂的高效生成，且实验数据与DigCat数据驱动结果高度吻合。
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数据驱动+精准合成，开拓催化材料新范式！
本研究利用DigCat平台的大规模数据筛选+精准实验验证策略，成功开发出一种高性能、强抗干扰、稳定的铁单原子催化剂，为实际废水中新污染物的去除提供了高效解决方案。同时，该研究突破了传统催化剂设计的瓶颈，为环境、能源、化工等领域的高性能催化剂开发提供了全新思路。值得一提的是，该研究工作的主体实验数据也已上传至DigCat平台的PMS模块，供用户使用。
📢 研究成果已发表于 Angewandte Chemie，欢迎阅读原文！（DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202500004）
🔗 更多精彩内容，欢迎访问DigCat平台：https://www.digcat.org
🚀 DigCat——日本东北大学李昊教授领衔开发的全球首个数字催化平台，助力AI驱动的催化剂设计！
原文信息：
K.-Q. Zhong, F.-Y. Yu, D. Zhang, Z.-H. Li*, D.-H. Xie, T.-T. Li, Y. Zhang, L. Yuan, H. Li*, Z.-Y. Wu*, and G.-P. Sheng*, "Data-Driven Accelerated Discovery Coupled with Precise Synthesis of Single-Atom Catalysts for Robust and Efficient Water Purification", Angewandte Chemie International Edition, 2025, e202500004.
