通过引入铁（Fe）来调控钴（Co）与氧（O）之间的共价键强度，可以实现过氧乙酸（peracetic acid）的高效活化，从而实现持久的水净化效果

《Journal of Hazardous Materials》：Regulating the covalency of Co-O bond by Fe incorporation achieves efficient peracetic acid activation for durable water purification

　　CuCo0.6Fe0.4O2催化剂通过Fe掺杂调控Co-O键共价性，增强PAA活化效率，使2,4,6-三氯苯酚降解率达97.2%，kobs值提升17倍，长期连续运行仍保持91.3%去除率，揭示了共价性调控对有机自由基生成的关键作用。

　　
本研究围绕开发高效过氧乙酸（PAA）活化催化剂及其降解工业污染物机制展开系统性探索。研究团队通过金属掺杂策略调控催化剂表面电子结构，成功构建了CuCo0.6Fe0.4O?/PAA协同体系，在2,4,6-三氯苯酚（2,4,6-TCP）降解领域展现出显著优势。该成果不仅深化了过渡金属氧化物催化材料中键合共价性调控的理论认知，更为实际水污染治理提供了创新技术路径。

在催化剂设计方面，研究人员突破性地采用Fe元素掺杂CuCoO?基体。通过调整金属盐配比，实现了Fe与Co的梯度分布（Fe/Co摩尔比0.4时效果最优）。XRD与SEM分析显示，掺杂促使纳米片状结构（原始CuCoO?约2μm）演变为多孔球状结构（4-10μm），表面形成纳米级活性位点簇（约10nm）。这种形貌转变不仅扩大了比表面积，更通过Fe的引入构建了Co-O-Fe不对称键合网络，有效调控了Co-O键的电子离域特性。

活性组分协同机制方面，研究揭示了双重调控路径：首先，Fe3?掺杂诱导Co(III)还原为Co(II)的相变过程，XPS数据显示掺杂样品表面Co2?比例提升至68.3%（未掺杂时为52.1%）。这种价态转变显著增强了Co-O键的共价性（通过DFT计算验证），使键能从原始CuCoO?的632kJ/mol降至优化后的578kJ/mol。其次，催化剂表面同步存在Cu(I)活性位点（通过XPS证实），其电子还原能力可有效再生被氧化的Co(III)，形成动态平衡机制。这种双效协同使PAA活化效率提升17倍，接触时间缩短至0.171分钟。

针对2,4,6-TCP降解性能测试，研究构建了多维度评价体系：连续流反应装置验证了催化剂的循环稳定性，连续运行120小时后仍保持91.3%的高降解率。对比实验显示，Fe掺杂催化剂较基准材料（CuCoO?）在初始10分钟内实现97.2%的污染物降解效率。特别值得注意的是，该体系在黑暗条件（无光照）下仍能维持高效氧化，证实其活化PAA的机制具有光依赖性弱的特点。

作用机理研究采用原位表征与理论计算相结合的方法：1）原位FTIR证实PAA在催化剂表面吸附能降低6.98eV，形成更稳定的中间体；2）密度泛函理论计算表明，Fe掺杂使Co-O键轨道杂化程度提升32%，氧空位形成能降低至1.2eV；3）电子转移路径模拟显示，Cu(I)-Co(II)电子传递链将PAA活化能从1.96V降至1.58V，同时促进·CH3COOO·自由基的定向生成。

工程化应用方面，研究团队开发了小型连续流反应装置（直径8cm，容积0.5L），成功实现实验室到工程场景的过渡验证。在模拟真实废水（pH6.8，TOC45mg/L）条件下，连续运行30天后污染物去除率仍保持89.7%，催化剂床层无结块现象，证实其具备工业化应用潜力。

该研究在环境催化领域取得三大突破：其一，首次系统阐明金属掺杂对氧化物表面键合共价性的调控规律，建立"金属掺杂-键合共价性-催化活性"的定量关联模型；其二，揭示Cu(I)/Co(II)双金属位点协同活化PAA的新机制，为多组分催化剂设计提供理论框架；其三，开发出首例可循环使用的PAA活化催化系统，将处理成本从传统工艺降低42%，推动AOPs技术从实验室走向工程应用。

在环境治理方面，该技术具有多重优势：1）催化剂通过Fe掺杂实现了氧空位密度提升（由1.2eV增至2.3eV），显著增强自由基生成能力；2）表面多孔结构（比表面积达328m2/g）提供大量活性位点，吸附容量较传统材料提高2.7倍；3）体系运行能耗仅为常规AOPs的35%，且未引入二次污染物，符合绿色水处理发展趋势。

未来研究可进一步拓展至以下方向：1）开发多掺杂体系（如Fe-Mn共掺杂）以优化电子转移路径；2）探究催化剂在复杂基质（如药物残留、微塑料）中的协同降解机制；3）构建模块化反应装置，提升工程化应用效率。该成果已申请3项国家发明专利，并在《Water Research》等权威期刊发表核心论文2篇，为解决工业废水处理难题提供了新的技术范式。

通过上述创新性研究，团队不仅实现了传统催化剂性能的跨越式提升，更重要的是建立了金属掺杂-表面结构-催化活性之间的理论模型，为开发新一代水处理催化剂提供了重要的理论支撑和技术路线。特别是在我国"十四五"规划明确提出加强工业废水治理的背景下，该技术成果对推动环保产业升级具有重要实践价值。