随着人口的不断增长和工业化进程的加快，水污染问题日益突显，对生态系统和人类健康构成了严重威胁。近年来，基于过一硫酸盐（PMS）的净水技术，由于可高效去除水体中有毒有害污染物，成为了环境领域的研究热点。在PMS活化中产生的多种活性氧（ROS）中，单线态氧（¹O₂）因其相对较长的寿命和针对不饱和有机物的高选择性而备受关注。然而，¹O₂的生成过程通常伴随着其他ROS的产生，如何高选择性地得到¹O₂成为了研究难点。之前的研究通过对单原子催化剂（SACs）的配位结构进行精细调控，实现了这一目标。但是，SACs配位结构非常容易受到合成条件的影响，对于精确控制反应过程提出了很高要求，故而限制了其大规模的工业化生产；同时SACs的高表面自由能还可能导致反应过程中金属原子的迁移和团聚，不利于水处理体系的长期稳定运行。开发一种易规模化生产，稳定、高效生成¹O₂的新型催化材料成为了具有重要现实意义的研究课题。

近日，中国科学技术大学的穆杨教授和黄大弘教授合作，报道了钌纳米颗粒（Ru NPs）以远优于Ru SACs的类芬顿活性，高效活化PMS产生¹O₂，选择性高达100％，实现了对于多种常见水体污染物的快速降解。

该工作通过控制热解法温度，得到了不同形态的Ru催化位点：550°C为Ru SACs，650°C~850°C为Ru NPs，950°C为碳包裹的E-Ru NPs。

通过不同Ru催化剂的对比，发现650°C~850°C得到的Ru NPs具有远高于其他形态Ru的本征催化活性。此外，相对较广的热解温度范围证明了纳米尺度Ru NPs对PMS活化的普适性，表现出重要的实际应用价值。KSCN毒害实验进一步确认了Ru NPs位点对PMS活化的主导作用；结合猝灭实验、EPR测试以及ROS定量分析，证实了¹O₂为Ru NPs/PMS体系中唯一的ROS；基于对多种代表性水体污染物的降解实验，验证了该体系对富电子污染物的高效处理。

密度泛函理论计算表明，相对Ru SACs，Ru NPs上的相邻位点可有效促进关键中间体*O的形成和结合，降低反应活化能，从而强化¹O₂的生成。在以往的PMS研究中，SACs被认为是唯一可以高选择性产¹O₂的催化剂。该研究首次发现易合成、稳定性高的Ru NPs同样具有优异的PMS活性，这不仅对于加深PMS催化的理解具有重要意义，同时也为新一代类芬顿催化剂的设计提供了新的研究思路。