由于能够在较宽的pH范围内产生高活性氧物种(ROS)，以过氧化单硫酸盐(PMS)为基础的高级氧化工艺(PMS-AOPs)具有易于处理、储存和运输氧化剂的特点，已成为水净化的有前途的技术。PMS的活化通常开始于PMS分子在催化剂表面上的吸附，随后催化形成各种活性物质，包括自由基(例如•OH自由基、硫酸根自由基和超氧自由基)和非自由基(例如1O2和高价金属氧化物)。

金属单原子催化剂(SAC)具有最大的原子效率、明确的活性位点、可调节的电子结构和提高的活性，并且其已经显示出将PMS转化为1O2用于污染物降解的潜力。然而，金属SAC的高生产成本、合成复杂性和二次污染的风险限制了其在水处理中的应用。因此，开发用于水处理的非金属SAC (NM-SAC)在经济上和环境上更可行。

近日，上海交通大学罗金明课题组报道了一种高效的非金属碘单原子催化剂，它被限制在氮掺杂的碳(NC)支架内(I-NC)。这种构型具有独特的C-I配位，导致局域电荷重分布，打破表面电子分布的对称性，产生一个缺电子区域。

因此，这增强了从PMS到活性位点的电子转移，之后发生去质子化过程，产生过氧单硫酸根自由基(SO5•-)。随后，SO5•-自由基发生歧化反应，产生单线态氧(1O2)。此外，在I-NC中SO5•-生成速率限制步骤的能垒(1.45 eV)显著低于NC (1.65 eV)，这种能垒的降低有效地克服了动力学障碍，从而促进了1O2的产生。

性能测试结果显示，在含有环丙沙星(CIP)的溶液中，I-NC/PMS系统在10分钟内几乎将CIP有机污染物全部降解，动力学常数约为0.436 min-1，优于NC/PMS系统。

此外，在天然水体中，I-NC/PMS系统对CIP的去除效率仅受典型阴离子(即NO3-、Cl-和SO42-)，阳离子(即K+、Ca2+和Mg2+)和DOM (即HA)的轻微影响，并且该系统在宽pH范围(从3.1到10.9)中也表现出良好的性能，CIP去除率超过95%。

更重要的是，I-NC/PMS系统在30天的连续操作中显示出了优异的CIP处理能力，去除效率一种保持在约100%。总之，I-NC优异的活性和持久性突出了它在实际环境矫正应用中的巨大潜力。

Non-metallic iodine single-atom catalysts with optimized electronic structures for efficient Fenton-like reactions. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-56246-6

罗金明，长聘教轨副教授，博士生导师。中国科学院生态环境研究中心工学博士，美国佐治亚理工学院博士后。研究方向为水污染控制与资源化，主要从事与关键金属及新污染物去除与资源化相关的环境功能材料的设计/开发与基础/应用研究。迄今为止，已在环境领域顶尖及主流期刊发表SCI论文70余篇，论文总被引6900余次，H-index为48，授权/申请多项国内外发明专利。作为项目负责人主持国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金面上项目、国家和上海市人才项目、企事业单位委托项目等项目。获首创水星奖-应用产业新人金奖，入选全球前2%顶尖科学家榜单。现任国际水协中国青年委员会委员，中国环境科学学会水处理与回用专业委员会委员，中国环境科学学会青年科学家分会委员。