【摘要】单原子催化剂（SACs）因其优异的催化性能以及较高的原子利用率而被广泛关注，并且已经在许多领域有所应用。目前，研究发现SACs在硫酸根自由基高级氧化技术中表现出优异得催化性能。SACs中的金属成分以高度分散的金属原子形式负载于载体上，充分暴露出活性位点，因此能最大限度地提高催化剂的催化活性，达到高效降解有机污染物的目的。SACs兼具均相催化剂和非均相催化剂的优点，并能弥补它们的不足，被认为是均相和非均相催化之间的桥梁，在活化过硫酸盐降解有机污染物方面具有较好的发展前景。因此，本文综述了SACs的制备方法及其在硫酸根自由基高级氧化技术中的应用与研究进展，并总结了存在的不足和面临的挑战。

【关键词】单原子催化剂；高级氧化；过硫酸盐

1引言

高级氧化技术（AOPs）能够将有机污染物快速地矿化分解至无害化，适用于包括化工、石化、制药等行业的难降解、高浓度有机废水处理，同时也适用于污水得深度处理，是一种高效、彻底、快速的水污染控制技术[1]。硫酸根自由基高级氧化技术（SR-AOPs）是指通过光、电、热、超声及过渡金属活化等方式活化过硫酸盐，使其O-O键断裂并产生SO4-·的一种新型的高级氧化技术。SO4-·能够彻底降解有机污染物并将其矿化为水和、二氧化碳和无机离子。SO4-·的氧化还原电位（E=2.6～3.1eV）和半衰期（4s）均高于羟基自由基（·OH），可以更高效的去除难降解有机物。因此，硫酸根自由基高级氧化技术受到越来越多的关注。

目前，活化过硫酸盐的催化剂种类繁多，如均相的过渡金属离子催化剂和非均相的碳基催化剂，过渡金属基催化剂，金属-非金属复合催化剂等。这些催化剂在活化过硫酸盐领域已经被广泛研究，并取得了较好的结果。但是随着水处理标准提升和对水处理效果更高的要求，进一步提高催化剂催化活性已经成为一种迫切的需求。研究发现，均相过渡金属离子溶解在废水中催化反应后难以回收，会对环境造成二次污染。非均相催化剂与均相催化剂比虽然可以减少金属离子浸出，但是催化效果显然不如均相催化剂。单原子催化剂（SACs）作为均相和非均相催化的桥梁兼具两者的优势且能弥补它们的不足，是一种具有应用前景的催化材料[2]。

SACs通常将金属以单个原子的形式负载到固态载体表面。金属颗粒的大小是影响催化剂性能的因素之一，金属颗粒粒径的减小，使得每一个金属原子都可以参与催化反应，使催化反应的效率大幅提升。除此之外，SACs还有许多其他优势，例如在催化过程中金属的消耗量低、具有高度均匀的活性位点和几何构型、金属位点的空间距离可以有效防止金属原子聚集成纳米颗粒从而降低活性。本文综述了SACs的制备方法及在活化过硫酸盐领域中的应用，提出未来的研究方向和应用前景。

2 SACs的制备方法

2.1热解法

热解法是指在氮气或氩气等惰性气体的保护下煅烧金属前驱体，使其内部结构发生重组并将金属还原成金属原子的一种SACs的制备方法。热解法通常具有操作简单、反应成本低、金属负载量高且配位环境可调等优点，但存在的不足是后续处理过程中难以去除未完全反应的金属前体物，以及单个金属位点聚集的情况。Yin[4]等人以锌-钴双金属的金属有机框架（MOFs）用作前驱体，通过调整金属的配比，并在高于800℃的高温下选择性的蒸发掉锌原子，获得了Co-Nx单原子催化剂。该催化剂不仅表现出优异的催化性能并且具有良好的化学稳定性。

2.2共沉淀法

共沉淀法是一种在含有两种或多种金属阳离子的溶液中加入沉淀剂，经沉淀反应得到不同活性物种均匀分散的负载型金属催化剂的制备方法。本方法条件简单，操作方便，是一种比较成熟的单原子催化剂的合成方法，但其也存在着金属负荷率低且实验条件苛刻的缺点。经过研究，Lin[5]团队首次采用共沉淀法制备了Pt1/FeOx单原子催化剂。具体的制备方法是将贵金属的前驱物（PtCl4）与 Fe（NO3）3按适当的比例混合，调节溶液 pH至碱性，再经过过滤、洗涤、焙烧所得沉淀物，最后获得Pt1/FeOx。

2.3原子层沉积法

原子层沉积法（ALD）是指通过气体前驱体和载体材料的自限制反应使物质以自限制的方式，将目标反应物以原子膜的形式逐层的沉积在载体表面的方法。ALD其可以精确的控制沉积金属原子大小，使得金属原子在载体表面均匀沉积，但是其设备成本高、金属负载率低、稳定性差、对实验设备要求较高。Wang[3]等人使用此方法在二氧化硅、二氧化钛、多壁碳纳米管等基质上合成了Fe-SACs。

3 SACs在SR-AOPs中的应用