【DFT+实验】南开/天大Nature子刊：动态活性位点促进类-Fenton反应处理有机废水

在多相催化中，揭示活性位点在工作条件下的动态演化，对于提高类Fenton活化中催化剂活性和稳定性至关重要。

基于此，南开大学展思辉教授、天津大学李轶教授等人报道了利用X射线吸收光谱和原位拉曼光谱捕捉了Co/La-SrTiO₃催化剂在过单氧硫酸盐（SO₅^2-, PMS）活化过程中的动态变化，揭示了衬底调整了其结构演变，即O-Sr-O和Co/Ti-O键在不同方向上的可逆拉伸振动。该过程有效地促进了关键SO₅*中间体的生成，有利于Co活性位点上过硫酸盐生成¹O₂和SO₄^•−。

通过DFT计算，作者研究类-Fenton催化过程中活性位点的详细电子结构和几何结构。PMS的催化反应途径包括几个关键本步骤：PMS在催化剂表面的吸附；PMS的解离和反应物质的生成；反应物质与污染物的伴随反应。

作者首先利用DFT计算了PMS/ONP在STLC表面的吸附位点，发现活性位点优先吸附在PMS的O1位点上，PMS和ONP分别倾向于吸附在Co和Ti位点上。STLC相对于ST更高的吸附能表明其与PMS的结合较强，从而具有优异的类-Fenton活性。

STLC的自由能曲线显示，SO₄*和OH*分裂后的Bader电荷变化小于PMS失去H原子生成SO₅*时的Bader电荷变化。结果表明，PMS-PMS*-SO₅*路径热性能更优，SO₅*快速自分解生成S₂O₈²⁻、SO₄^•⁻和¹0₂。而PMS更倾向于ST中的另一途径，即PMS-PMS*-SO₄*和OH*。

在反应过程中，SO₃⁻的特征振动逐渐向低波数移动，这是由于PMS向Co位提供电子导致电子密度降低所致，进一步表明PMS被分解为SO₅^•-和随后的¹O₂。

Dynamic active-site induced by host-guest interactions boost the Fenton-like reaction for organic wastewater treatment. Nat. Commun., 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-39228-4.

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【DFT+实验】南开/天大Nature子刊：动态活性位点促进类-Fenton反应处理有机废水

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