過硫酸鹽高級氧化技術(shù)是深度處理水中微量、持久性有機(jī)污染物的方法之一，具有操作簡單、過程快速等特點(diǎn)。該技術(shù)采用過硫酸鹽為氧化劑，通過產(chǎn)生SO₄·^-、·OH、O₂·^-和¹O₂等活性氧物種實(shí)現(xiàn)對污染物的氧化降解。其中，非自由基的¹O₂具有氧化能力溫和、半衰期長，對富電子有機(jī)污染物表現(xiàn)出反應(yīng)選擇性，以及更強(qiáng)的抵抗無機(jī)離子和有機(jī)背景干擾的能力。因此，¹O₂主導(dǎo)的非自由基降解路徑為水中有機(jī)污染物的選擇性去除提供了新的可能。同時，精準(zhǔn)調(diào)控¹O₂主導(dǎo)的非自由基氧化降解逐漸成為研究熱點(diǎn)。 

　　中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所精細(xì)石油化工中間體國家工程研究中心催化新工藝課題組在前期三維結(jié)構(gòu)氧化錳分子篩OMS-2高效活化氧化劑去除水中有機(jī)污染物基礎(chǔ)上（Environmental Science: Nano, 2022, 9, 1541; Separation and Purification Technology, 2021, 263, 118397），利用OMS-2催化劑上的雙金屬摻雜策略，精準(zhǔn)調(diào)控了以¹O₂和電子介導(dǎo)轉(zhuǎn)移為主導(dǎo)的過硫酸鹽催化活化機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對水中富電子有機(jī)污染物的選擇性氧化去除（圖1）。 

圖1. 雙金屬摻雜的OMS-2催化活化過硫酸鹽降解水中有機(jī)污染物 

　　研究人員利用由過渡金屬Cu和鑭系金屬Nd為摻雜試劑，合成了雙金屬摻雜的Cu-Nd-OMS-2催化劑（圖2），雙金屬均勻分散在材料體相中，不但使催化劑表面和邊緣形成大量氧和金屬缺陷，而且大幅提升了催化劑氧化性能。在催化活化過一硫酸氫鉀降解paraben的機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)，氧化降解以¹O₂為主、電子介導(dǎo)轉(zhuǎn)移為輔的非自由基過程發(fā)生，Cu的摻雜改善了OMS-2的質(zhì)構(gòu)特征，Nd的摻雜引發(fā)了電子介導(dǎo)轉(zhuǎn)移過程，進(jìn)而使催化體系在水中具有廣泛的pH適用性，同時在天然有機(jī)污染物和背景離子干擾方面也表現(xiàn)出優(yōu)異的耐受性（圖3）。 

圖2. 雙金屬摻雜OMS-2催化材料的合成 

圖 3. 催化材料的電鏡表征、EPR實(shí)驗和降解表現(xiàn) 

　　以上工作于近期以“Doping strategy-tuned non-radical pathway on manganese oxide for catalytic degradation of parabens”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal（DOI：10.1016/j.cej.2022.136180）》上。王曉培博士研究生為該論文第一作者。 

　　該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院、中科院青促會、蘭州化物所和精細(xì)石油化工中間體國家工程研究中心的支持。