文献速递|南京理工大学ACB:层状 CoO@MXene/GO 膜通过将非自由基途径从电子转移切换为单线态氧，实现超快水净化

本研究针对传统粉末催化剂在非自由基过一硫酸盐（PMS）活化过程中存在的反应路径单一、催化剂易结垢及矿化不充分等问题，提出了一种利用纳米空间限制调控反应机理的新策略。研究背景在于当前先进氧化工艺中，非自由基途径虽具选择性，但主要依赖电子转移过程（ETP），易导致难降解副产物积累。研究目的是通过构建二维局域化催化膜，将反应机制从ETP切换为单线态氧（1O2）主导的途径，从而实现超快水净化。研究团队将钴氧化物修饰的MXene纳米片（CoO@MX）插层到氧化石墨烯（GO）层状结构中，制备出具有明确二维纳米通道的CoO@MX/GO膜。实验结果表明，该受限环境不仅能将反应路径从ETP转变为1O2主导，还显著加速了质量传输，使酚类化合物的降解速率常数（0.093–0.127 ms⁻¹）比粉末催化剂提高四个数量级。在68 ms的超短水力停留时间内，该膜可完全去除磺胺甲噁唑，在腐植酸干扰下仍保持约95%的去除率，并在50小时连续运行中维持100%的去除效率。电子顺磁共振、原位荧光和密度泛函理论计算证实了氧化途径的转变，有效减轻了催化剂结垢并促进了污染物矿化。结论是，纳米限制策略为引导非自由基氧化途径提供了新方法，并为复杂水处理中高效、选择性和持久的先进氧化系统设计提供了通用原则。