Одноатомный катализ в процессах усовершенствованного окисления для восстановления окружающей среды

Новые одноатомные катализаторы (SACs), особенно одноатомные катализаторы на основе углерода, представляют собой перспективные материалы для экологического катализа благодаря исключительно высокой эффективности, экологичности, структурной и химической устойчивости, а также максимальному использованию активных центров металла. Центры металлов, углеродные матрицы и координационные характеристики совместно определяют электронные свойства одноатомных катализаторов на основе углерода, их поведение при активации пероксидов и эффективность в процессах усовершенствованного окисления (AOPs). Однако отсутствует всесторонний и критический обзор, посвящённый успешной интеграции одноатомных катализаторов на основе углерода в технологии очистки, основанные на процессах усовершенствованного окисления. Особенно необходимо систематически сопоставить и выявить каталитические центры и связанные с ними механизмы действия одноатомных катализаторов на основе углерода в различных системах AOPs. В данном обзоре освещаются стратегии синтеза, методы характеризации и вычислительные исследования одноатомных катализаторов на основе углерода, а также впервые демонстрируются их инновационные применения в технологиях AOPs. Раскрыты происхождение разнообразных каталитических путей окисления в различных системах AOPs и механизмы разрушения микрозагрязнителей на одноатомных катализаторах на основе углерода, отличающиеся от механизмов, характерных для крупномасштабных аналогов, а именно металлов, оксидов и углеродных субстратов. Кроме того, предложены направления рационального проектирования одноатомных катализаторов по заданным требованиям для развития зелёной химии и экологической устойчивости. Также предложен специализированный интегрированный экспериментально-теоретический протокол для выявления взаимосвязей между структурой и каталитическими свойствами одноатомных катализаторов в приложениях AOPs, а также обозначены перспективы будущих возможностей и проблем.