Стратегия «4 + 1» изготовления одноатомных железных катализаторов с селективной генерацией высоковалентных железо‑оксо видов

Одноатомные каталитические материалы (SAC) с атомно диспергированными активными центрами демонстрируют высокий потенциал в пероксомонофосфат (PMS) — основанных Fenton‑подобных процессах очистки воды. Однако четырехнитрогенно координированные металлические (MN4) фрагменты часто страдают от низкой селективности и узкого рабочего диапазона pH. Создание SAC с контролируемой стратегией и оптимизированной электронной структурой остаётся существенной задачей. В настоящей работе разработана инновационная стратегия «4 + 1» для точной модуляции микроокружения первичной координационной сферы FeN4 путём введения дополнительного атома N с образованием SA-FeN5. Такой подход обеспечивает почти 100% селективное образование высоковалентного железо‑оксо вида [Fe(IV)=O] (стационарная концентрация: 2.00 × 10−8 M) в системе SA-FeN5/PMS. Детальные теоретические расчёты показывают, что конфигурация FeN5 оптимизирует распределение электронов на моноатомных сайтах Fe, что способствует адсорбции PMS и снижает энергетический барьер для образования Fe(IV)=O. SA-FeN5 был затем закреплён на мембране из поливинилиденфторида для использования в устройстве с непрерывным потоком, продемонстрировав долговременное удаление микрозагрязнителей. Работа представляет общую стратегию для эффективной активации PMS и селективной генерации высоковалентных металло‑оксо видов путём регулирования высокого числа N‑координации в SAC, что может служить руководством при рациональном проектировании улучшенных экологических катализаторов для очистки воды.