单原子催化剂以其极高的原子利用率和独特的催化活性受到各领域研究人员的广泛关注。在过一硫酸盐（PMS）催化氧化降解污染物过程中，过渡金属氮配位单原子催化剂（M-N-C催化剂）被用作高效催化剂，对双酚A、苯酚等芳香族污染物具有良好的氧化降解效果。然而，由于PMS较低的分解利用效率，往往导致污染物降解过程中的PMS的过量投加，造成对自然电解质环境的破坏。因此，为了提高PMS氧化污染物降解过程的绿色经济性，通过有效途径提高催化过程中产生的活性氧物种（ROS）有效利用率至关重要。
我组提出了一种通过构建催化剂颗粒表面纳米空间限域层的策略提高催化剂表面的ROS利用率，从而强化催化氧化反应的进行。该项研究中构建的超结构限域催化剂Ni(2.8)-NCNT/CB在进行间甲酚污染物的PMS氧化降解过程中实现了8 min近100%的去除效果，相比传统单原子催化剂Ni(2.8)-NCNT（20 min，65%去除率）大幅提升。结合电子顺磁共振谱（EPR）和电化学测试等测试表征方法，研究发现催化剂表面的纳米管阵列结构构成的限域空间对催化反应起到至关重要的促进作用。该研究为提高催化氧化降解污染物效率及降低氧化剂投加量提供了新的催化剂设计思路。
该工作以“ Space-Confined Surface Layer in Superstructured Ni–N–C Catalyst for Enhanced Catalytic Degradation of m-Cresol by PMS Activation ”为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces，此研究得到了中国科学院青年创新促进会基金、国家重点研发项目的支持。
图1 （a）催化剂Ni-NCNT/CB的合成路线图解；（b,c）Ni(2.8)-NCNT/CB的SEM图；（d-f）CB（d）、Ni(2.8)-NCNT（e）、Ni(2.8)-NCNT/CB（f）的水接触角；（g-k）HAADF-STEM图（g）以及mapping图（h-k）；（l）傅里叶变换EXAFS图谱
图2 多种Ni基催化剂通过PMS氧化反应降解间甲酚曲线（a）及相应的一级动力学曲线（b）
图3 催化剂Ni(2.8)-NCNT/CB和Ni(2.8)-NCNT的Ni 2p(a)和N 1s(b)XPS图
图4 （a）3 min时PMS活化体系中1O2 (●)、•OH (★)、SO4•- (◆)和•O2- (▼)EPR谱图；不同时间PMS活化体系Ni(2.8)-NCNT/CB (b)和Ni(2.8)-NCNT(c)的1O2 (●)、•OH (★)、SO4•- (◆)和•O2- (▼)EPR谱图
