华东交大彭小明、天大李宁、北大刘文合作JHM：铁铜双金属界面上的长程电子转移路径——连接持久性污染物...

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3H ₂ O 和 Fe （ NO ₃ ） ₃ · 9H ₂ O 作为金属源， PEI 作为分散剂。通过高温煅烧和酸洗处理，成功制备出分散的 Fe-Cu 双金属簇，并将其锚定在氮硫共掺杂的碳基质上。

图 1 ： （ a ）样品制备过程；（ b ） FeCu-SNC 的 HRTEM 显微照片和 C 、 N 、 S 、 Cu 和 Fe （ FeCu-SNC ）的 TEM 元素映射；（ c-d ） FeCu-SNC （ Fe-SNC ）的 XPS N1s 谱图以及各种氮物种（ N 类型）的分布和比例。

2. 催化降解性能和机理分析

以双酚 A （ BPA ）为模型污染物，评估 FeCu-SNC/PMS 体系的催化降解性能。实验结果表明， FeCu-SNC 在 PMS 体系中表现出卓越的催化效率， 11 分钟内实现 BPA 降解，反应速率常数（ kobs ）达 0.737 min ^-1 ，远高于其他单金属催化剂体系。

图 2. （ a ） 四种催化剂对 BPA 的吸附；（ b ） 四种催化剂在 PMS 系统中对 BPA 的催化降解；（ c ） 四种体系中 BPA 的 kobs 值；（ d ） 催化剂类比（ e ） ESR 测试。

此外，该体系对不同结构污染物表现出高选择性，特别是对含电子供体基团的污染物降解效率更高。 FeCu-SNC/PMS 体系对含电子供体基团（如羟基、氨基等）的污染物表现出更高的降解效率。这是因为电子供体基团通过共轭效应增加了分子的电子密度，使其更容易通过 ETP 机制被降解。相反，含电子吸引基团（如硝基）的污染物降解速率较慢，因为这些基团降低了分子的电子密度，减少了 ETP 机制的效率。

图 3. （ a ） FeCu-SNC/PMS 系统中不同污染物的 k _obs 值；（ b ） 不同污染物的 HOMO 示意图；（ c-f ） 电性、亲核性与 -ln （ K _obs ）之间的校正关系以及带隙、 VIP 与 ln （ K _obs ）之间的关系；（ g ） 不同污染物的 ESP 图。

通过猝灭实验和电子顺磁共振（ EPR ）分析，发现该体系中自由基（如 SO ₄ ^•− 、• OH ）并非主要活性物种，而电子转移路径（ ETP ）在降解过程中起关键作用。 DFT 计算结果表明， FeCu-SNC 的双金属位点显著增强 PMS 吸附能力，降低吸附能（ Eads ），促进电子转移，从而实现高效降解。 DFT 计算结果支持了实验观察到的 ETP 机制。 FeCu-SNC/PMS 体系中， PMS 在催化剂表面形成稳定的 PMS* 复合物，通过电子转移路径实现污染物的降解，而非传统的自由基机制。这种 ETP 机制具有更长的寿命和更高的选择性，适合可持续水处理。

图 4. （ a ） FeCu-N ₅ S 和 Fe-N ₃ S 位点上 PMS 吸附能的计算；（ b ） Fe-N ₃ S 的 PDOS 谱；（ c ） PMS 吸附在 FeCu-N ₅ S 和 Fe-N ₃ S 位点上的差分电子密度；（ d ） FeCu-N ₅ S 的 PDOS 谱。

3. 应用潜力与工程化探索

基于 FeCu-SNC/PMS 体系，开发出动态催化膜系统（ DCMS ），通过静电纺丝技术实现催化剂的高效回收与再利用，连续运行 600 分钟仍保持 90% 以上 BPA 去除率。此外，设计的可扩展 ETP 装置通过盐桥分离氧化系统与废水，有效解决硫酸根离子二次污染问题， 72 小时污染物去除率达 96% ，展现出良好的工业应用潜力。

图 5. （ a ） 电纺示意图 （ b ） （ FeCu-SNC ） @PET 电纺纤维膜的 SEM 、接触角和膜通量；（ c ） 动态催化膜系统；（ d ） 放大 ETP 实验装置；（ e ） ETP 设备系统中 BPA 的降解；（ f ） 工业医院废水可行性图。

小结

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