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上海交通大學(xué)羅金明副教授等報道開發(fā)了一種高活性的非金屬碘（I）單原子催化劑，記作I-NC，這種單原子碘催化劑限域在氮摻雜碳載體中。

本文要點：

（1）

這種碘單原子催化劑具有獨特的C-I配位結(jié)構(gòu)，并且優(yōu)化了碳相鄰氮原子的電子結(jié)構(gòu)。因此，這種結(jié)構(gòu)增強將過一硫酸鹽（PMS）的電子轉(zhuǎn)移到催化活性位點，尤其是缺電子碳。

通過過一硫酸鹽轉(zhuǎn)化為過一硫酸鹽自由基（SO₅^·-）進行脫質(zhì)子化實現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移。隨后過一硫酸鹽自由基發(fā)生歧化反應(yīng)，生成¹O₂。

相比于氮摻雜碳（NC），單原子碘-氮摻雜碳（I-NC）催化劑生成過一硫酸鹽自由基（SO₅^·-）的決速步驟能壘從1.65 eV降至1.45 eV。這種能壘的降低克服了動力學(xué)，顯著增強生成¹O₂反應(yīng)。

（2）

因此碘單原子-氮摻雜碳（I-NC）催化劑具有顯著改善的催化活性，以及優(yōu)異的PMS活化能力，顯著加快污染物的降解反應(yīng)速率，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)比其他單原子金屬催化劑相比具有更高的動力學(xué)常數(shù)（k_obs?~?0.436?min^?1）。

這項研究為合理的設(shè)計非金屬SAC單原子催化劑提供幫助，展示了非金屬SAC單原子催化劑在水處理領(lǐng)域的類Fenton反應(yīng)前景。

參考文獻

Pei, J., Liu, J., Fu, K. et al. Non-metallic iodine single-atom catalysts with optimized electronic structures for efficient Fenton-like reactions. Nat Commun 16, 800 (2025).

DOI: 10.1038/s41467-025-56246-6

https://www.nature.com/articles/s41467-025-56246-6