本篇推文系列是基于截止20250721一周内的顶刊文献综述，主题是PMS，文献综述系列。其中25-7-3-PMS的意思是2025年7月的第三周出版，主题是PMS领域相关的文献综述。#更新的说明：

• 每个主题一个月4期（每周一期）。

• 每天都会更新不同的主题，主要是电催化（OER,HER,ORR,CO2RR,PMS催化），电池（Li，Na,K，Zn）领域。

• 研理科研线-小综述的主要内容是每周发布的顶刊的文献综述内容，一次小综述的文献在大概是10篇左右。
• 综述主要的内容包括：文献性能对比汇总表格，文献综述描述，研究趋势，可继续研究的课题，文献的逐篇介绍这三大主题。

文献性能对比汇总文献综述

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序号	主要材料	反应类型	测试条件	核心性能指标	稳定性	文献来源
1	CuO改性ZnO (含Vo2+)	PMS活化/类芬顿氧化	难降解污染物矿化	降解速率与Vo2+强度正相关(R=0.99)；1O2浓度提高34.3倍	摘要未提及	Wang, X. et al., J. Hazard. Mater.
2	CdxZn1-xS@生物炭	PMS活化/类芬顿反应	降解四环素(TC)	30分钟内降解92%的TC	在实际废水中效率>85%；Cd浸出减少62.8%；pH 3-11耐受	Zhao, X. et al., Appl. Catal. B
3	Cu单原子/ZrO2	PMS活化/膦酸盐氧化	降解HEDP (pH 9)	30分钟内HEDP降解~100%，磷转化率98%	抗基质干扰	Lin, J. et al., Environ. Sci. Technol.
4	B掺杂Fe单原子催化剂	PMS介导/界面聚合	降解双酚A (BPA)	TOC去除活性提高>3倍；反应性比常规催化剂高4个数量级	>1700小时连续稳定运行	Deng, Y. et al., Angew. Chem. Int. Ed.
5	Co3O4/g-C3N4功能膜	光-类芬顿 (可见光+PMS)	降解双酚A (BPA)	k=0.24 min-1；水通量724 L·m-2·h-1·bar-1	96小时长期稳定；Co浸出低；通量恢复>70%	Zhang, M. et al., Appl. Catal. B
6	O3/PMS体系 (工艺对比)	高级氧化过程	含抗生素废水	比单独O3多去除52.3%的抗生素	长时间处理会增加ARGs和急性毒性	Zhang, X. et al., J. Hazard. Mater.
7	FeMo双原子催化剂	PMS活化/非自由基氧化	降解2,4-二氯苯酚	12分钟内完全降解；k=0.587 min-1 (提高20.67倍)	可重复使用性提高	Zhou, X. et al., Adv. Funct. Mater.
8	便携式传感器阵列	排放监测	室内生物质燃烧	区分燃料类型准确率95%；估算单次烹饪排放~2.3 kg CO2	可实现实时、原位监测	Nguyen, T. D. et al., Environ. Sci. Technol.
9	Fe单原子催化剂 (SA-FeN4)	PMS活化/类芬顿反应	降解苯酚	k=1.90 min-1	连续运行>250小时，效率>99%	Yang, L. et al., ACS Nano
10	Fe单原子/氮化碳	PMS活化/1O2生成	探究Fe负载量影响	中等Fe密度性能最佳，过高(>6.31 wt%)则活性下降	摘要未提及	Ren, X. et al., Appl. Catal. B

文献综述

高级氧化技术（AOPs），特别是基于过一硫酸盐（PMS）活化的技术，因其高效降解水中难降解有机污染物的潜力而备受关注。近期研究聚焦于通过精准设计催化剂的结构与组分，调控反应活性物种的生成路径，以实现更高的催化效率、选择性和稳定性。

 

研究人员致力于通过创新的合成策略和结构设计来优化催化性能。例如，Wang等人[1]提出了一种双电荷氧空位（V₀²⁺）介导的策略，通过ZIF-8牺牲模板法原位构建了CuO修饰的ZnO催化剂。该策略旨在协同产生高价铜氧物种（Cu(III)-O）和单线态氧（¹O₂）。研究发现，V₀²⁺的存在显著降低了Cu位点的电子密度和PMS活化能垒，使¹O₂的浓度提升了34.3倍，最终通过¹O₂引发的羟基化和Cu(III)-O介导的氧化实现了对污染物的高效矿化。Zhao等人[2]开发了一种污泥源生物炭负载的Cd-Zn双金属硫化物复合材料（CdxZn1-xS@BC）。该策略利用Zn的引入调控电子分布，加速电子转移并增加硫空位，同时生物炭基质富集污染物。优化后的材料（Cd/Zn=0.5:0.5）在30分钟内可降解92%的四环素（TC），在pH 3-11的宽范围内均表现出良好性能，并且Zn的协同作用使Cd的浸出量降低了62.8%，提升了催化剂的稳定性。

 

单原子催化剂因其最大的原子利用效率和独特的电子结构成为研究热点。Lin等人[3]报道了一种二氧化锆负载的铜单原子催化剂（Cu-ZrO₂），通过原位形成的Zr-膦酸盐表面络合物来促进PMS活化。该策略中，Zr位点作为污染物（HEDP）的配位点，增加了邻近Cu位点的电子密度，从而加速了关键的Cu(II)到Cu(I)的还原步骤。该催化剂在pH 9下，30分钟内实现了近100%的HEDP降解和98%的磷酸盐转化率。Deng等人[4]则通过硼掺杂诱导长程电子极化，构建了新颖的Fe-N₅单原子催化剂。该策略通过调控铁中心的电子结构，将双酚A的降解路径从传统的自由基矿化引导至界面聚合，实现了污染物去除与碳固定。该催化剂在连续流微反应器中展现了超过1700小时的优异运行稳定性。Yang等人[9]通过调控热解温度，实现了对铁基单原子催化剂（SACs）局部配位环境（从Fe-N₅到Fe-N₄）的精细调控。优化的SA-FeN₄催化剂活化PMS降解苯酚的表观速率常数高达1.90 min⁻¹，并在连续运行超过250小时后仍保持>99%的降解效率。Ren等人[10]深入研究了单原子位点密度的影响，发现过高的Fe-N₄密度（>6.31 wt%）反而会因位点间距过近而抑制PMS的有效吸附和¹O₂的生成，从而降低催化活性，强调了平衡位点密度和间距的重要性。

 

多金属协同和异质结构建也是提升催化活性的有效途径。Zhou等人[7]设计了一种FeMo双原子催化剂（FeMo─N─C），通过Mo的引入调控Fe位点的d带中心和电荷分布，从而降低了非自由基（¹O₂）的生成能垒。该催化剂活化PMS降解2,4-二氯苯酚的速率常数（0.587 min⁻¹）相比单Fe催化剂提升了20.67倍，并展现出优异的循环稳定性。Zhang等人[5]通过原位生长ZIF-67后煅烧的方法，制备了Co₃O₄/g-C₃N₄功能化陶瓷膜（Co-CN-M）。该膜利用g-C₃N₄/Co₃O₄异质结增强电荷分离和Co²⁺/Co³⁺循环，同时独特的蜂窝状形态促进了传质，实现了优异的降解效率（双酚A降解速率常数k = 0.24 min⁻¹）和超高水通量（724 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹）的统一。

除了催化剂开发，对高级氧化过程的综合评估也日益受到重视。Zhang等人[6]全面比较了O₃和O₃/PMS工艺对抗生素废水的处理效果。研究发现，O₃/PMS在去除抗生素和溶解性有机物方面优于单独O₃，但在处理后期，可能会导致抗性基因（ARGs）相对丰度增加和急性毒性的显著升高，这为工艺的实际应用提供了重要的环境风险评估依据。此外，Nguyen Thanh Duc等人[8]虽然研究主题不同（室内生物质燃烧排放），但其开发的低成本传感器阵列和数据处理方法，为实时、精确监测复杂环境（如高级氧化反应体系）中的多种组分变化提供了有价值的借鉴。

##参考文献

[1] X. Wang, T. Li, H. Liu, et al., Advanced mineralization of refractory contaminants by synergistic cu(III)-O and 1O2 in doubly charged oxygen vacancy-mediated peroxymonosulfate activation. Journal of Hazardous Materials 2025, 139280.

[2] X. Zhao, J. Tong, S. Bai, J. Qian, Dual-metal-catalyzed fenton-like reaction on CdxZn1-xS @biochar: Mechanistic insights into sulfide-metal interactions for water purification. Applied Catalysis B: Environment and Energy 2025, 125654.

[3] J. Lin, B. He, X. Li, et al., In-situ formed zr-phosphonate surface complex promotes peroxymonosulfate activation of single-atom cu for efficient phosphonate oxidation. Environmental Science & Technology 2025.

[4] Y. Deng, Y. Zhou, Z. Song, X. Yang, Long‐range electronically polarized fe‐N5 catalysts redirect polymerization‐driven phenolic pollutant removal toward sustainable carbon sequestration. Angewandte Chemie International Edition 2025, e202509493.

[5] M. Zhang, Y. Bao, L.-an. Hou, et al., MOF-derived Co3O4/g-C3N4 membrane with synergistic photo-fenton-like effect: Overcoming the reactivity-permeability trade-off for high-performance water purification. Applied Catalysis B: Environment and Energy 2025, 125676.

[6] X. Zhang, Z. Wang, J. Hu, Performance comparison of O3 and O3/peroxymonosulfate (PMS) advanced oxidation processes for the antibiotics removal in wastewater treatment. Journal of Hazardous Materials 2025, 139248.

[7] X. Zhou, Y. Zhou, S. Zhao, et al., Precise mo‐fe dual‐atom coordination regulates the selective generation of non‐free radicals in peroxymoncosulfate activation. Advanced Functional Materials 2025, 202513232.

[8] N. T. Duc, D. Montecinos, J. P. Kumar, et al., Tagging emissions from indoor biomass combustion with a cost-effective sensor array: From design to field deployment in rural Indian households. Environmental Science & Technology 2025.

[9] L. Yang, Z. Wu, T. Tian, et al., Thermal-driven coordination microenvironment reconstruction in single-atom catalysts unlocks ultrafast water remediation. ACS Nano 2025.

[10] X. Ren, J. Zhang, S. Zhu, et al., Understanding the effect of high single-atom site density for singlet oxygen generation via peroxymonosulfate activation. Applied Catalysis B: Environment and Energy 2025, 125673.

 

##研究趋势

基于对这10篇近期顶刊文献的分析，当前在基于PMS活化的高级氧化水处理领域，呈现出以下几个显著的研究趋势：

1. 从自由基到非自由基路径的精准调控：

 越来越多的研究致力于摆脱传统自由基（•OH, SO₄•⁻）氧化路径的非选择性和易受水体基质干扰的缺点。通过催化剂的电子结构调控（如引入氧空位、杂原子掺杂、构建异质结），精确地将反应路径引导至以单线态氧（¹O₂）或高价金属氧化物（如Cu(III), Fe(IV)）为主的非自由基路径。这种调控旨在实现对富电子污染物的选择性高效降解。

2. 单原子及双原子催化剂的理性设计与机理深化：

 单原子催化剂（SACs）已成为研究的绝对热点。研究重点从单纯的制备与性能测试，转向更深层次的机理探究，包括：

    配位环境工程：通过调控中心金属原子的配位数（如Fe-N₄ vs Fe-N₅）和配位原子（N, O, S等）来优化其催化活性。

    位点密度效应：研究单原子位点的密度与催化活性之间的构效关系，探索最优的位点密度与位点间距。

    双原子协同：从单原子拓展到双原子催化剂（如Fe-Mo），利用异核金属原子间的协同作用进一步优化电子结构，降低反应能垒。

3. 多位点协同催化机制的深入探索：

 超越单一活性位点的概念，研究更加强调不同组分或位点间的协同作用。这包括：

    催化剂-载体协同：利用载体（如生物炭、ZrO₂）的吸附富集能力或特定官能团来辅助催化。

    污染物-催化剂协同：设计能够与特定污染物原位形成络合物的催化剂，通过改变中心金属位点的电子云密度来“智能”地触发或加速催化反应。

    异质结协同：构建具有内建电场的异质结（如Co₃O₄/g-C₃N₄），促进光生或化学能驱动的电荷分离与传输，加速活性物种生成。

4. 催化系统实用性的综合评估：

 研究不再仅仅满足于在理想条件下降解模型污染物。越来越多的工作开始关注催化系统在接近实际应用条件下的综合性能，包括：

    长期稳定性：进行数百甚至上千小时的连续流反应测试，考察催化剂的耐久性。

    真实水体测试：在真实地表水或废水中评估催化剂的抗干扰能力和实际处理效果。

    工程化应用：将催化剂负载于膜、泡沫镍等宏观载体上，构建反应器并进行放大测试。

    环境安全性：评估处理后出水的生态毒性、金属离子浸出、消毒副产物（DBPs）及抗性基因（ARGs）等潜在环境风险。

5. 理论计算与原位表征的深度融合：

 几乎所有高水平研究都依赖于理论计算（特别是DFT）与先进原位/工况表征技术的结合。通过理论计算预测活性位点、揭示反应路径、计算能垒；通过原位光谱、电镜等技术捕捉反应过程中催化剂的动态结构演变和中间产物。这种“计算-合成-表征-验证”的闭环研究模式已成为推动该领域发展的核心驱动力。

 

## 5个可以深入研究的课题

1. 动态可逆调控的“智能”催化体系研究：

 课题描述：设计一种能够响应外部环境刺激（如pH、温度、光照、特定污染物浓度）而动态、可逆地改变其活性位点结构或反应路径的催化剂。例如，开发一种在有目标污染物时优先生成¹O₂进行选择性降解，而在没有目标污染物时转为低活性或生成其他物种的“智能”催化剂，以降低能耗和副反应。这需要对催化剂的动态响应机制有更深刻的理解。

2. 高熵合金/氧化物单原子催化剂的设计及其多位点协同机制：

 课题描述：将高熵材料（包含五种或以上元素）的概念引入到PMS活化催化剂的设计中。探索制备高熵单原子或高熵纳米颗粒催化剂，研究多种金属原子在原子尺度上的“鸡尾酒效应”和“晶格畸变效应”如何协同调控PMS的活化路径和效率。这为突破双金属协同的限制提供了新的可能。

3. 催化剂在连续流反应器中的时空演化与失活再生机制：

 课题描述：目前多数研究关注长期稳定性，但对“如何失活”以及“如何再生”关注较少。本课题旨在利用空间分辨的原位表征技术，研究催化剂在连续流反应器中不同位置（入口、中部、出口）的结构、价态随时间的演变规律，揭示其失活的根本原因（如活性位点覆盖、团聚、浸出等），并据此开发高效、低成本的原位或离线再生技术。

4. 结合机器学习与高通量计算筛选最优PMS活化催化剂的理论模型：

 课题描述：建立一个连接催化剂结构描述符（如配位环境、d带中心、吸附能等）与催化性能（如反应速率、选择性）的数据库。利用机器学习算法训练该数据库，构建一个能够快速预测不同元素组成、不同结构的（单/双原子）催化剂活化PMS性能的理论模型。通过该模型进行高通量虚拟筛选，可以指导实验合成，极大缩短新型高效催化剂的开发周期。

5. 面向特定工业废水处理的非自由基催化体系的抗中毒机制研究：

 课题描述：工业废水中常含有复杂的无机离子（如Cl⁻, PO₄³⁻）和有机物，它们可能成为催化剂的“毒物”。本课题旨在针对某一类特定的、高附加值的工业废水（如含高浓度盐分的制药废水、含高浓度表面活性剂的化工废水），系统研究非自由基催化体系（特别是¹O₂生成体系）的抗中毒机理，并理性设计具有优异抗中毒性能的催化剂，推动该技术走向特定工业领域的实际应用。

 

总结点评启发

#### 共同点

这批文献高度聚焦于利用过一硫酸盐（PMS）活化这一高级氧化技术进行水污染治理。核心共性在于通过催化剂的精准设计来提升污染物降解效率和选择性。具体体现在：

1. 原子级催化： 普遍采用单原子（SACs）、双原子或双金属催化剂，追求对催化中心电子结构和配位环境的精确调控。
2. 机理研究深入： 强调对反应机理的探索，特别是区分自由基与非自由基（尤其是单线态氧¹O₂）路径，并普遍结合密度泛函理论（DFT）计算来阐释构效关系。
3. 性能导向： 追求高效降解、高稳定性、抗干扰性强，并开始关注实际应用，如制备催化膜、用于连续流反应器等。

#### 不同点

尽管目标一致，但各研究在实现路径上各有创新：

1. 调控策略不同： 采用了氧空位诱导（Wang等）、双金属协同（Zhao等）、原位形成表面络合物（Lin等）、长程电子极化（Deng等）、热处理重构（Yang等）、调控原子位点密度（Ren等）等多种策略。
2. 催化体系各异： 催化剂从铜基、铁基、钴基到镉锌硫化物，载体从二氧化锆、生物炭到氮化碳，展现了材料的多样性。
3. 研究视角独特：

    Deng等的研究将污染物去除与碳固定（聚合物化）联系起来，提出了更可持续的路径。

    Xinyang Zhang等的研究对比了O₃和O₃/PMS体系，并深入评估了对抗生素抗性基因（ARGs）和生物毒性的影响。

    Menglu Zhang等则致力于解决催化膜“反应性-渗透性”的固有矛盾。

    Nguyen等的文献是例外，关注利用传感器阵列监测室内空气污染，而非水处理。