最近在使用可回收异质催化剂，特别是单原子催化剂(SACs)激活类Fenton催化方面的进展为高度选择性地生成1O2提供了一条有前景的途径。这种新兴策略已被证明在去除废水修复中的水源性污染物方面是有效的，并且最近在合成增值细化学品时显示出选择性氧化的潜力。
尽管如此，只有少数系统可以以近乎100%的选择性生成1O2。此外，1O2的一个关键但经常被忽视的约束因素在于其本质上适中的氧化潜力、寿命短、产率低和扩散距离有限。
因此，在溶液中与靶基质的双分子反应中，1O2的反应活性通常较低。尽管在异质催化的过氧化物单磺酸(PMS)基系统中污染物降解通常很快，但1O2缓慢的反应活性引发了关于其在这些系统中实际作用的争论。在这种情况下，为了加强1O2在氧化过程中的作用，不仅要提高其产量，还要提高其与靶分子的反应活性。
近日，山东大学王一峰、管兆永和张冠云等报道了一种类酶双功能Co-N2O2/NC催化剂，其能够有效激活PMS产生近100%的1O2，并增强了各种水性微污染物的1O2驱动氧化降解。结果表明，该催化剂表现出优异的可循环性和结构稳定性，并显示出巨大的规模化应用潜力。
值得注意的是，它在水修复过程中表现出对环境波动的强大抵抗力。系统的表征结果显示，Co位点有效激活PMS产生1O2，而NC载体上的N位点通过强电子相互作用激活4-CP，从而增强1O2对4-CP的反应活性。
与参考催化剂相比，特别是具有四个配位N原子的基准Co-N4/NC，Co的N2O2配位还增强了与4-CP的界面相互作用，提高了双分子反应速率常数。催化体系中1O2和4-CP之间的伪二级速率常数比均质反应体系高出1400多倍，克服了1O2通常适中的反应活性，并使其在实际中的选择性氧化应用成为可能。
总的来说，该项研究可以为其他过渡金属基类Fenton催化剂的设计原则提供参考，为PMS基高级氧化过程中通过1O2去除微污染物提供新的见解，并为扩大1O2在更广泛化学转化领域的应用奠定基础。
Boosting singlet oxygen oxidation of micropollutants at an enzyme-like bifunctional single-atom catalyst interface. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.5c01429