Catalisadores de átomo único (SACs) surgiram como materiais promissores para processos de oxidação avançados (AOPs) devido à sua alta eficiência, seletividade e estabilidade. Os AOPs são amplamente utilizados para purificação de água e envolvem a geração de radicais hidroxila (OH) altamente reativos que podem oxidar e degradar poluentes orgânicos. Nos SACs, os átomos metálicos são isolados e dispersos em um material de suporte, maximizando sua utilização e aumentando sua atividade catalítica.

Compreender o impacto dos SACs na purificação da água nos POA requer a investigação de vários fatores-chave:

Seleção de Metais :A escolha do metal para o SAC é crucial, pois determina a atividade e seletividade do catalisador. Metais como ferro (Fe), cobre (Cu), cobalto (Co) e manganês (Mn) têm demonstrado alta eficiência em POAs. As propriedades eletrônicas e o potencial redox do metal influenciam a geração e a reatividade dos radicais OH.

Material de apoio :O material de suporte desempenha um papel vital na estabilização dos átomos metálicos e na influência do seu desempenho catalítico. Os materiais de suporte comuns incluem óxidos metálicos (por exemplo, TiO2, CeO2), materiais à base de carbono (por exemplo, grafeno, nanotubos de carbono) e estruturas metal-orgânicas (MOFs). A interação entre o metal e o suporte pode modificar a estrutura eletrônica e aumentar a atividade e estabilidade do catalisador.

Mecanismos de reação :Os mecanismos de reação através dos quais os SACs facilitam a degradação de poluentes orgânicos nos POA são complexos e envolvem múltiplas etapas. Os SACs podem ativar peroximonossulfato (PMS), peróxido de hidrogênio (H2O2) ou persulfato (S2O82-) para gerar radicais OH. As vias específicas dependem das interações metal-suporte, da química da solução e da natureza dos poluentes.

Otimização de Processos :Otimizar as condições do POA é essencial para maximizar a eficiência dos SACs para purificação de água. Fatores como pH, concentração de oxidante, carga de SAC e temperatura de reação precisam ser cuidadosamente controlados para alcançar a geração ideal de radicais OH e a remoção de poluentes.

Estabilidade e reutilização :A estabilidade e a reutilização dos SACs são cruciais para a sua aplicação prática em sistemas de purificação de água. Os SACs devem apresentar alta durabilidade sob condições adversas de reação e manter sua atividade catalítica ao longo de múltiplos ciclos sem lixiviação ou desativação significativa.

Os pesquisadores empregam várias técnicas experimentais e modelagem computacional para investigar o impacto dos SACs na purificação de água em AOPs. Isso inclui caracterização do catalisador, testes de atividade, estudos cinéticos e cálculos da teoria do funcional da densidade (DFT). Ao compreender as relações estrutura-atividade e os mecanismos de reação, os cientistas pretendem projetar e otimizar SACs com desempenho aprimorado para aplicações de purificação de água.