在水净化领域中，污染物的聚合路径可与传统的矿化路径相媲美。然而，设计合适的氧化环境来引导污染物走向聚合，仍具有挑战性。

近日，湖南大学的袁兴中教授、王侯教授联合湖南农业大学的吴艳教授，开发出了新型非对称Co_SA-N-Ti₃C₂T_x单原子催化剂精准调控活性氧物种高选择性生成，并成功实现了酚类污染物的高效自偶联去除。

研究团队通过氮掺杂策略对MXene基底进行电子结构与表面化学性质的双重调控，成功构建了具有Co-N₂O₃不对称配位结构的活性位点。这种独特的微环境使催化剂活化过单硫酸盐（PMS）时高选择性的生成了超氧自由基（·O₂⁻）。其周转频率（TOF）达到均相Co²⁺催化剂的39倍，非均相Co₃O₄催化剂的816倍，K_cmp性能指标超越近三年报道的代表性钴基单原子催化剂。

活性氧物种的鉴定和识别突出了Co_SA-N-Ti₃C₂T_x/PMS体系中·O₂⁻的关键作用。结合先进表征与理论计算，团队首次揭示"电子转移-氧还原"协同机制。PMS分子中的羟基氧优先吸附在Co-N₂O₃微区上，启动了缺电子微区的形成。但PMS裂解反应处于劣势地位，仅引发少量的HO·, SO₄·−和

¹O₂。随后，富电子污染物的接近效应将更多的电子转移到CoSA-N-Ti₃C₂T_x表面，通过Co-N₂O₃微区桥接，触发周边的溶解氧还原为·O₂⁻。最终，产生的大量·O₂⁻驱动了污染物自偶联聚合，而非传统自由基主导的深度矿化路径。

最后，将Co_SA-N-Ti₃C₂T_x溶液抽滤到聚四氟乙烯（PTFE）膜上，构成了一个简单且易于控制与运行的水处理装置。该连续流水处理单元中，在水力停留时间仅为0.98 s的条件下，Co_SA-N-Ti₃C₂T_x/PMS体系中的对乙酰氨基酚在6.5 h内实现了100%的去除效率。

该研究首次论证了超氧自由基在污染物聚合去除中的核心作用，深化了对高级氧化过程微观机制的理解。

Innovative asymmetric Co_SA-N-Ti₃C₂T_x catalysis: unleashing superoxide radicals for rapid self-coupling removal of phenolic pollutant

Miao Li, Zhiyan Feng, Prof. Xingzhong Yuan, Chenxu Guo, Chencheng Qin, Zihan Shu, Zhiyan Guo, Edison Huixiang Ang, Prof. Wenwei Li, Yan Wu, Prof. Hou Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202502307