近日，云南大学化学科学与工程学院蒋峰芝团队联合昆明理工大学吴晓勇团队、天津大学展思辉团队在Nature Communications期刊在线发表题为“Proton-gated multisite concerted proton-electron transfer-like pathway in a dual-atom framework for selective water purification”的研究论文。该研究构建了具有局部质子传递功能的钴/镍双单原子金属有机框架，通过金属位点与邻近含氮基团的协同作用，调控过一硫酸盐活化过程，为水中新污染物的选择性氧化去除提供了新的材料设计思路。

高级氧化技术是水中新污染物去除的重要手段，但传统自由基氧化容易受到水体背景组分干扰。如何引导氧化剂形成具有较高选择性的活性物种，是提高复杂水体处理效能的关键。受生物酶中质子与电子协同传递机制的启发，研究团队将局部质子传递功能引入催化材料设计，探索通过催化位点周围微环境调控氧化剂的活化路径。

研究团队在金属有机框架中协同布局钴、镍位点与未配位的-NH基团，构建兼具氧化剂吸附、电子调节和质子传递功能的局部反应环境。其中，钴位点负责过一硫酸盐的吸附与活化，镍位点促进框架内的电荷重分布，邻近-NH基团提供局部质子传递通道。同位素效应、电化学、超快光谱及理论计算等结果共同支持，该微环境有利于形成类似多位点协同质子–电子转移的反应路径，促进过氧键异裂及高价钴氧物种生成，从而推动选择性非自由基氧化。该研究揭示了质子传递与电子调节协同影响氧化剂活化的重要作用。

图1.PMS在不含-NH的MOF、含-NH单金属MOF和含-NH的Co/Ni双金属MOF上的活化示意图比较。合成的Co/Ni-NH微环境旨在将Ni辅助的电荷再分配与-NH辅助的局部质子输送相结合，有利于MS CPET样PMS激活途径。

在应用验证方面，研究团队进一步构建连续流反应体系，在所测试条件下实现超过1000小时的稳定运行，累计处理水量超过1000升，展示了材料用于持续水处理的潜力。该成果将催化微环境设计、反应机制研究与连续流验证相结合，为开发兼具反应选择性与运行稳定性的水处理催化材料提供了参考。

图2.（a）使用Co/Ni-MOF@SiC的连续流动固定床反应器示意图。（b）长期运行性能表明，在连续处理过程中污染物去除和Co/Ni浸出。（c）处理体积的矿化效率（TOC去除率）。（d）处理前后的3D荧光EEM光谱。（e）同时去除混合有机污染物。（f）接触角比较显示了Co/Ni MOF上的润湿性转变和增强的传质。（g）实际废水中多种污染物（包括抗生素和PFAS）的处理前后浓度。

云南大学国际河流与生态安全研究院资源与环境博士生周思翰与化学科学与工程学院杨云为共同第一作者，云南大学蒋峰芝、昆明理工大学吴晓勇和天津大学展思辉为共同通讯作者。本研究得到西南联合研究生院云南省科技项目（202402AO370002）、云南省“兴滇英才支持计划”（XDYC-CYCX-2022-0017）、云南省新污染物防治国际联合实验室（202503AP140002）和云南省高校服务重点产业科技项目（FWCY-BSPY2025027）的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-77345-y

来源：化学科学与工程学院

编辑：张懿淼 责任编辑：李哲