10月19日，大连理工大学刘艳明教授和大连海事大学范新飞副教授（共同通讯）在Environmental Science & Technology线发表了题为“Regulating the Electronic Structure of Cu Single-Atom Catalysts toward Enhanced Electro-Fenton Degradation of Organic Contaminants via ¹O₂ and ^•OH”的研究论文，通过B掺杂调控Cu-N₄电子结构强化电芬顿降解污染物。

  电-芬顿工艺是一种先进的水净化技术，可通过阴极氧还原产生的活性氧（ROS）高效降解难降解有机污染物。羟自由基（•OH）和单线态氧（¹O₂ ）等 ROS 具有不同的氧化能力和应用场景。以•OH为代表的自由基具有很高的氧化还原电位（2.8 V 对 NHE）和很强的氧化能力，能有效地破坏各种污染物。不过，自由基氧化过程会受到无机离子的阻碍，而且通常在酸性条件下才有效。此外，•OH的寿命短（<1 μs），扩散距离有限。作为一种典型的非自由基 ROS，¹O₂ （2.2 V 对 NHE）对无机盐离子和 pH 值的耐受性更强。它的寿命相对较长（μs-ms），确保催化剂表面生成的¹O₂ 能扩散到溶液中进行净化，提高了¹O₂ 的利用效率。通过亲电加成和电子萃取，¹O₂ 优先针对不饱和有机化合物。通过与•OH（不饱和键的氢抽取和加成）协同作用，它可以促进苯的开环反应。因此，为了拓宽电-芬顿工艺的应用范围，针对高盐浓度或高 pH 值废水，开发具有高选择性生成 ¹O₂ 并同时产生少量•OH的催化剂具有重要意义。

  利用氧气还原产生的 ¹O₂ 和•OH 进行异相电-芬顿降解，可经济有效地去除废水中的难降解有机污染物。与•OH 相比，¹O₂ 对盐离子和高 pH 值等背景成分的耐受性更强，因此调控¹O₂和•OH 的生成量对于高效电-芬顿降解非常重要。然而，如何选择性地产生¹O₂并提高物种产量仍是一个巨大的挑战。本文通过在多孔空心碳微球（CuBN-HCMs）中掺杂缺电子的B来调节原子分散的Cu-N₄位点的电子结构，从而改善了*O₂的吸附，并显著提高了电-芬顿降解过程中¹O₂的选择性。其¹O₂产率是未掺入 B 的 Cu 单原子催化剂的 2.3 倍。同时，•OH作为次要物种同时生成。CuBN-HCMs 在苯酚、磺胺甲恶唑和双酚 A 的电-芬顿降解中具有很高的矿化效率。其动力学常数在各种阴离子和 1-9 宽 pH 值范围内变化不大。更重要的是，它在处理实际焦化废水时非常节能，能耗低至 19.0 kWh kgCOD^-1。CuBN-HCMs 的优异性能来自于¹O₂和•OH 及其对¹O₂的高选择性。