近日，365上市公司官网博士后王荣耀在材料领域国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Defect-Engineered Solid Frustrated Lewis Pairs Direct Dual Nonradical Oxidation in Single-Atom Catalysis via Push-Push Electron Transfer”的研究论文。王荣耀博士为第一作者，济南大学陈国柱教授与山东大学许醒教授为共同通讯作者。

高级氧化技术（AOPs）是降解水体中持久性有机污染物的有效手段，但传统基于自由基的反应路径往往存在选择性差、氧化剂利用率低等问题。非自由基氧化路径，如高价金属-氧物种（HVMOs）和单线态氧（¹O₂），因其高选择性和温和的反应特性，成为环境催化领域的研究热点。然而，如何在单一催化界面实现这两种路径的协同调控，仍然是一个重大挑战。

在本研究中，团队巧妙设计了一种缺陷调制的铜单原子催化剂（D-Cu-N/C），在碳基体中构建了空间分离、电子耦合的“固体受阻路易斯对”（FLP）。其中，Cu-N₄作为路易斯酸位点，缺陷锚定的吡啶氮作为路易斯碱位点，形成独特的“推-推”电子接力机制。该结构能够协同活化高碘酸盐（PI），同步生成高价Cu(III)=O物种和¹O₂，实现了双通道非自由基氧化。

图1 FLP面向的科学问题的设计依据

实验表明，该催化剂对典型抗抑郁药物氟西汀（FLU）的降解速率常数较无缺陷的Cu-N/C提高了1.7倍，且在复杂水体（自来水、湖水、河水、二级出水）中仍保持高效稳定。通过球差电镜、X射线吸收光谱、原位拉曼及电子顺磁共振等手段，团队首次揭示了缺陷诱导的Cu 3d能带上移和自旋极化增强，促进了电荷定向转移和I-O键的异裂活化。

图2 催化性能与反应机制

密度泛函理论（DFT）计算进一步证实，5-8-5拓扑缺陷与吡啶N协同作用，显著增强了高碘酸盐的吸附与极化，降低了Cu(III)=O和¹O₂生成的能垒。该体系在连续流微反应器中稳定运行超过1500 mL，铜离子浸出低于0.01 mg/L，且生命周期评估（LCA）显示其环境负荷远低于传统Fenton体系。

该工作不仅为精准调控单原子催化剂的非自由基氧化路径提供了“固体FLP”新范式，也为高效、选择性、可持续的水处理技术开辟了新路径。

该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金及济南大学学科交叉汇聚建设项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75127

撰稿：王荣耀   编辑：白雪飞    编审：于龙泉