近日，环境科学与工程学院朱有才助理研究员和刘润增教授团队在类芬顿催化反应的“活性—选择性权衡”调控方面取得新进展。相关成果以“Breaking the activity-selectivity trade-off in Fenton-like catalysis by d-orbital modulation of single-atom sites within a nano-island-like structure”为题发表于Nature Communications。环境学院2025届硕士陈禹欣为论文第一作者，学院助理研究员朱有才、教授刘润增，上海大学研究员唐量为共同通讯作者。kaiyun官网入口环境学院为论文第一单位。

在基于过氧单硫酸盐（PMS）的高级氧化过程中，直接电子转移路径（ETP）兼具高选择性与强抗基质干扰能力，是理想的水净化机制。然而，PMS中O–O键易断裂，从而导致自由基副反应频发，其根源在于：金属位点的d轨道密度在费米能级附近通常呈宽泛的能量分布，易与底物的多个分子轨道发生无差别杂化，导致电子随机注入PMS的O–O反键轨道，从而引发自由基副反应。其中，垂直于基底平面的dz²轨道是键合过程中实现轨道重叠最大化的关键通道，若能精准调控其电子所占据的范围与强度，有望抑制O–O键的随机断裂，实现高选择性的ETP路径。

针对这一挑战，研究团队设计了一种“类纳米岛”型单原子钴催化剂（CoN3C/rGO）：以碳氮化物为“岛”锚定钴单原子形成CoN3位点，以还原氧化石墨烯（rGO）为“海”提供离域π电子网络。实验与理论计算表明，rGO“海”不仅显著提升了钴的d带中心，更使钴的dz²轨道在费米能级附近呈现锐化、集中的电子态。这一“轨道锐化”效应增强了活性位点钴的dz²轨道与PMS中O原子pz轨道的定向杂化强度，同时抑制了电子向O–O反键轨道的注入，从而将反应路径从随机的自由基生成导向高选择性的ETP路径。

该体系可在5分钟内完全降解双酚A，ETP贡献率达94%，制成催化膜后可在实际水体中稳定运行100小时。该工作从“岛—海”协同视角实现了对单原子催化剂d轨道电子态的原子级调控，为设计高活性、高选择性类芬顿水处理催化剂提供了新思路。

以上研究由kaiyun官网入口环境科学与工程学院联合中国科学院上海同步辐射中心、中国科学院上海应用物理研究所、中国科学院大学杭州高等研究院、上海大学多方团队合作完成。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省高校青年创新计划、山东省博士后创新项目、山东省自然科学基金资助。