Fe-N4-C6O2 단일 원자 촉매: PMS 활성화 및 FeIV=O 반응성 증진

Fe-N4 단일 원자 촉매(SAC)의 미세 환경 조절은 과황산염(PMS) 활성화에 결정적인 영향을 미칩니다. 기존의 1차 배위 쉘 이종 원자 치환은 활성을 높이지만, Fe-N4 대칭을 깨뜨리고 안정성을 저해하는 문제가 있었습니다. 본 연구는 이러한 활성-안정성 상충 관계를 해결하기 위해 2차 배위 쉘에 산소를 도핑하여 Fe-N4-C6O2 SAC를 개발했습니다. 이 접근법은 Fe-N4의 고유한 배위 대칭을 유지하면서 국부적인 전기장을 증폭시킵니다. Fe 중심의 전자 밀도를 낮춰 Fe-N 결합을 강화함으로써 PMS 활성화 중 Fe-N 결합 구조 변형(결합 진폭 0.875–3.175 Å에서 0.925–2.975 Å로 감소)을 억제하여 240시간 이상의 장기 촉매 내구성을 달성했습니다. 동시에 약화된 배위장은 Fe=O σ* 궤도 에너지 준위를 낮춰 고가의 철-산소종의 친전자성 σ-공격을 촉진합니다. 이는 비스페놀 A의 분해율을 41.6배 증가시키는 결과를 가져왔습니다. 본 연구는 2차 배위 공학이 SAC 설계에서 활성-안정성 상충 관계를 해결할 수 있는 효과적인 전략임을 입증했습니다. 이는 환경 촉매 개발에 유망한 방향을 제시하며, 실용적인 응용 가능성을 높입니다.