过硫酸盐高级氧化技术是深度处理水中微量、持久性有机污染物的方法之一，具有操作简单、过程快速等特点。该技术采用过硫酸盐为氧化剂，通过产生SO ₄· ^-、·OH、O ₂· ^-和 ¹O ₂等活性氧物种实现对污染物的氧化降解。其中，非自由基的 ¹O ₂具有氧化能力温和、半衰期长，对富电子有机污染物表现出反应选择性，以及更强的抵抗无机离子和有机背景干扰的能力。因此， ¹O ₂主导的非自由基降解路径为水中有机污染物的选择性去除提供了新的可能。同时，精准调控 ¹O ₂主导的非自由基氧化降解逐渐成为研究热点。

中国 科学院兰州化学物理研究所精细石油化工中间体国家工程研究中心催化新工艺课题组，在前期三维结构氧化锰分子筛OMS-2高效活化氧化剂去除水中有机污染物基础上（ Environmental Science: Nano, 2022, 9, 1541; Separation and Purification Technology, 2021, 263, 118397），利用OMS-2催化剂上的双金属掺杂策略，精准调控了以 ¹O ₂和电子介导转移为主导的过硫酸盐催化活化机制，实现了对水中富电子有机污染物的选择性氧化去除（图1）。

图1. 双金属掺杂的OMS-2催化活化过硫酸盐降解水中有机污染物

研究人员利用由过渡金属Cu和镧系金属Nd为掺杂试剂，合成了双金属掺杂的Cu-Nd-OMS-2催化剂（图2），双金属均匀分散在材料体相中，不但使催化剂表面和边缘形成大量氧和金属缺陷，而且大幅提升了催化剂氧化性能。在催化活化过一硫酸氢钾降解paraben的机理研究中发现，氧化降解以 ¹O ₂为主、电子介导转移为辅的非自由基过程发生，Cu的掺杂改善了OMS-2的质构特征，Nd的掺杂引发了电子介导转移过程，进而使催化体系在水中具有广泛的pH适用性，同时在天然有机污染物和背景离子干扰方面也表现出优异的耐受性（图3）。

图2. 双金属掺杂OMS-2催化材料的合成

图 3. 催化材料的电镜表征、EPR实验和降解表现

以上工作于近期以“Doping strategy-tuned non-radical pathway on manganese oxide for catalytic degradation of parabens”为题发表在 Chemical Engineering Journal上。王晓培博士研究生为该论文第一作者。

该研究工作得到了国家自然科学基金、 中科院青年创新促进会、兰州化物所精细石油化工中间体国家工程研究中心的支持。（来源：中国科学院兰州化学物理研究所）

相关论文信息： https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136180