近日，先进材料计算与设计创新团队在国际知名期刊《Small》(影响因子12.1)上在线发表了题为“Nanoporous Zero-Valent Transition Metals for Enhanced Peroxymonosulfate Activation toward Phenolic Pollutants Degradation: Performance, Pathways, and DFT Mechanism Study”的最新研究成果。材料学部2023级研究生张欣雨为文章第一作者，司聪慧副教授、魏明志副教授为共同通讯作者，齐鲁工业大学（山东省科学院）为文章唯一通讯单位。
酚类有机物因其高毒性、难降解及对生态系统和人体健康的严重威胁，已成为水处理领域的重点关注对象。基于过一硫酸盐（PMS）活化的高级氧化技术被认为是高效降解这类污染物的有效手段，但如何设计兼具高活性和实用性的催化剂仍是关键挑战。
针对这一难题，研究团队通过脱合金策略成功合成了一系列具有双连续韧带-通道结构的纳米多孔零价金属（ZVMs），并将其应用于催化PMS活化降解酚类污染物。其中，纳米多孔零价钴（ZVCo）表现出卓越的催化性能，可在4分钟和8分钟内分别完全降解双酚A和苯酚，性能超越多数已报道钴基催化剂。同时，ZVCo在宽pH范围（3-11）及实际水体中均能保持稳定的PMS活化能力，展现出良好的实际应用潜力。为深入揭示其催化机制，研究团队综合运用原位拉曼光谱、电子顺磁共振和密度泛函理论计算，系统阐明了PMS在ZVMs表面的活化过程，明确了ZVCo/PMS体系中自由基和非自由基协同降解路径。理论计算进一步建立了PMS吸附能与表面氧物种吸附能之间的火山型关系，为理解不同ZVMs的催化效率差异提供了原子尺度的理论依据。该工作从实验和理论双重角度揭示了纳米多孔零价金属活化PMS的微观机制，建立了催化性能与表面电子结构的构效关系，为设计高效稳定的废水处理催化剂提供了新思路。
该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、齐鲁工业大学（山东省科学院）科教产融合试点基础研究类项目以及济南市人才发展专项项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202514503