使用高性能单原子催化剂快速去除废水中新出现的内分泌干扰物

双酚因其耐热性和机械化学性质而被广泛用作收据、水瓶、水容器和乙烯基等塑料的主要原料。在双酚中，双酚A(BPA)被称为“内分泌干扰化学物质”，与生殖、发育、智力和各种代谢疾病的不良影响有关。

双酚F(BPF)是最近开发的BPA替代品，文献中也报道称其会导致神经紊乱和各种健康风险。

材料结构研究中心的JongMinKim博士、计算科学研究中心的SangSooHan博士、韩国科学技术研究院(KIST)极端材料研究中心的SangHoonKim博士和高丽大学电气工程学院的Byeong-KwonJu教授通过无化学且环保的干式电弧等离子体沉积工艺制造出高性能钴单原子催化剂。

该团队将其应用于基于电化学过氧化氢合成的电芬顿工艺，在短时间内去除水溶液中的有害双酚。

电弧等离子工艺在真空中利用重复脉冲电压使金属或陶瓷气化，并将其作为薄膜沉积在基材表面，并且可以控制脉冲数量以形成具有所需厚度或特性的沉积层。

采用电弧等离子体工艺制备的钴单原子催化剂，与之前报道的干法工艺单原子负载量(约1wt%)相比，表现出世界上最高的金属单原子负载量(2.24wt%)。

通过包括计算科学在内的多种材料分析对所制备的Co单原子催化剂的配位结构和活性位点进行了表征，并通过电化学测量证实了它是一种用于电化学生产过氧化氢的优异的单原子催化剂。

研究人员采用Co单原子催化剂作为电极，在电芬顿水处理过程中实时供给过氧化氢，发现它可以在五分钟内迅速降解水溶液中目标浓度为20ppm的BPF100%。

通过反复实验及废水处理试验，验证了催化剂的稳定性及对双酚类化合物的去除效果，并在此基础上有望应用于大城市污水处理厂或特定工业废水处理设施中新兴污染物的去除。

韩国科学技术研究院的金钟敏博士表示：“这一成果意义重大，因为我们通过不使用有害化学物质的干法工艺生产出了高性能单原子催化剂，并将其应用于水处理领域。”

韩国科学技术研究院的金相勋博士表示：“通过电弧等离子沉积生产金属纳米颗粒的研究已广为人知，但这是首次证明单原子沉积是可能的研究。”