在类芬顿高级氧化水处理技术中，铁基单原子催化剂（Fe‑SACs）受限于催化活性与结构稳定性之间固有的权衡关系，酸性氧化条件下铁原子溶出流失易造成催化剂快速失活，制约其实际工程应用。如何通过配位环境调控打破活性‑稳定性此消彼长的瓶颈，是单原子芬顿催化剂设计亟待解决的关键科学问题。

近期，中国科学院新疆理化技术研究所能源化工研究中心杨丽萍、殷娇研究员课题组针对上述难题，开展Fe‑N₄与Fe‑N₄O₂两类单原子位点的构效对比研究。研究以介孔MCM‑41为限域载体，邻苯二胺同时作为配体、聚合单元与氮源，通过原位聚合‑热解策略制备得到核壳限域型Fe‑N₄单原子催化剂SiO₂@Fe‑N‑C。结合XRD、HAADF‑STEM、XPS、同步辐射X射线吸收谱（XAS）系列表征证实，Fe原子以原子级分散形式锚定在氮掺杂碳壳层，成功构筑对称Fe‑N₄配位构型，同时完整保留MCM‑41有序介孔骨架。

性能评价结果表明，SiO₂@Fe‑N‑C在类芬顿体系中表现出优异的综合催化性能：在弱酸性条件下20 min内可实现2,4‑二氯苯酚（2,4‑DCP）接近完全降解，表观速率常数可达0.70 min⁻¹，矿化率达到62%；经过10次循环实验后降解效率仍维持95%以上，铁浸出量极低。自由基捕获与EPR表征证实体系以羟基自由基（·OH）为主、单线态氧（¹O₂）协同的氧化路径，污染物历经脱氯、羟基化、开环直至完全矿化。DFT理论计算结合反应前后XPS表征揭示“强吸附‑微扰动”作用机制：相较于不对称Fe‑N₄O₂位点，对称Fe‑N₄位点可通过增强轨道杂化实现对反应物的有效吸附，同时催化过程中电荷转移仅约0.01 e⁻，最大程度保护活性位点结构完整性，由此打破传统芬顿催化中活性‑稳定性权衡矛盾。该工作阐明配位对称性与催化性能之间的内在关联，为开发高效耐久的铁基单原子芬顿催化剂提供基础设计思路。

相关成果“Activity‑Stability Differences in Fenton Catalysis: Distinct Roles of Fe‑N₄ and Fe‑N₄O₂ Sites”发表于《催化杂志》（Journal of Catalysis）期刊，中国科学院新疆理化技术研究所能源化工研究中心杨丽萍研究员、殷娇研究员为共同通讯作者，硕士研究生王晓燕为第一作者。该研究工作得到新疆维吾尔自治区重点研发计划、新疆天山英才培养计划以及中国科学院青年创新促进会项目资助。

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图1. 核壳限域SiO₂@Fe‑N‑C催化剂的构筑及其Fe‑N₄位点驱动类芬顿降解2,4‑DCP，实现高活性与长循环稳定性