Brzi porast globalne industrijalizacije u proteklim vekovima rezultirao je odlaganjem prekomernih toksičnih zagađivača u životnu sredinu, ozbiljno ugrožavajući vodeni ekosistem i zdravlje ljudi. Napredni procesi oksidacije na bazi peroksimonosulfata (PMS-AOP) su privlačne tehnike za tretiranje ovih toksičnih zagađivača.
Koristeći različite reaktivne vrste kiseonika (ROS), AOP-i se traže da oksidiraju ili čak mineralizuju neposlušne i toksične organske zagađivače. Katalizatori sa jednim atomom (SAC) se odlikuju maksimalnim korišćenjem atoma, kao i uniformnim i dobro definisanim aktivnim mestima, što obećava efikasnu i selektivnu PMS aktivaciju. Međutim, odnosi struktura-aktivnost/selektivnost još uvek nisu dobro otkriveni zbog višestrukih puteva generisanja ROS-a i njihove složene interakcije.
Nedavno je istraživački tim predvođen prof. Shaobin Vangom sa Univerziteta Adelaide, Australija, i prof. Hui Zhangom sa Univerziteta Vuhan, Kina, razjasnio mehanizme aktivacije PMS-a pomoću katalizatora sa jednim atomom gvožđa i identifikovao odnose geometrijskih i elektronske strukture centara jednog atoma Fe do selektivne proizvodnje različitih reaktivnih vrsta/puteva. Rezultati su objavljeni u kineskom časopisu Catalisis.
Aktivacija PMS-a na lokacijama sa jednim atomom obično se odvija u tri koraka. Prvi korak je adsorpcija HSO 5 – na centar jednog atoma Fe sa različitim molekularnim poravnanjima. Drugi korak je prenos naelektrisanja između aktivnog Fe centra i adsorbovanog HSO 5 – , što rezultira promenom gustine naelektrisanja i ravnomernim cepanjem O–O veze HSO 5 – . Treći korak je odvajanje aktiviranog HSO 5 – kroz spontano oslobađanje reaktivnih vrsta (kao što su slobodni radikali i 1 O 2 ) ili razlaganje površinski vezanih vrsta sa drugim supstratima (kao što su katalizator-PMS* i Fe IV =O) za regeneraciju aktivnog mesta.
Zbog složenosti aktivacije PMS-a sa višestrukim koracima i generisanja ROS-a sa višestrukim intermedijerima reakcije, različiti ROS se proizvode čak i na jednom mestu atoma Fe. Dok teorijski alati mogu efikasno da odrede energetski optimalnu PMS adsorpcionu strukturu, konačno stvaranje specifičnih ROS zahteva umerenu energiju bez reakcije u svakom koraku reakcije. Stoga, kontrola selektivnosti ROS-a zahteva upravljanje energijom adsorpcije PMS-a i energijom bez reakcije ključnih elementarnih koraka.
U ovom kontekstu, regulisanje elektronske strukture aktivnog sajta je efikasan način da se upravlja aktivnošću PMS aktivacije i ROS selektivnošću za uspostavljanje odnosa. Ovo uključuje umereno povećanje gustine naelektrisanja Fe mesta konstruisanjem Fe–N 2 –O 2 i Fe–N 5 mesta za poboljšanje 1 O 2 i Fe IV =O generacije, kao i Fe–N 3 mesta za katalizator -PMS* kompleksna generacija. Dalje povećanje gustine naelektrisanja putem Fe–N 3 –P 1 i Fe–N 4 (pirolnog N) mesta favorizuje stvaranje radikala.
