金属位点常因团聚和浸出而存在不稳定性问题。然而，精确调控金属配位微环境对于实现高效持久的催化至关重要。本研究通过组氨酸配位成功将微量Cu掺入烟草秸秆生物炭中，构建了结构明确的催化位点（His-CuTSBC）。在最优条件下，His-CuTSBC/过氧单硫酸盐体系表现出高效性，在10分钟内去除了93.95%的磺胺甲噁唑，同时实现了43.23%的总有机碳去除。此外，His的掺入有效稳定了Cu位点，将Cu浸出量从0.75 mg/L降至0.29 mg/L。淬灭实验、EPR、化学探针和电化学测试表明，ROS参与和电子转移是反应机理的主要驱动力。表征和理论分析揭示，His-Cu位点优先吸附PMS以促进其活化，并介导电子转移过程。在非自由基去除机制的驱动下，该体系对复杂水体成分表现出强耐受性、高可回收性和长期催化稳定性。研究确定了三条主要降解途径（羟基化、氧化以及S-N键断裂后聚合）。ECOSAR模型表明，所得中间产物的急性和慢性毒性均低于母体SMX。本研究建立了一种调控金属配位环境的创新策略，并确定了螯合的关键作用，为合理设计先进金属配位催化剂提供了重要见解。
图解
图 1.His-CuTSBC的制备示意图(a)；高分辨透射电镜图像(b-c)；高角环形暗场-高分辨透射电镜图像(d)；His-CuTSBC的高分辨透射电镜面分布图(e)。
图 2.不同体系中SMX的降解效果及kobs值（a-b）；不同催化体系中SMX的降解曲线及kobs值（c-d）；His-CuTSBC/PMS体系中磺胺类药物的矿化率（e-f）；His-CuTSBC/PMS体系去除混合污染物的性能（g）。
图3.不同淬灭剂在His-CuTSBC/PMS体系中对SMX降解的抑制效果（a-d）；DMPO-•OH/SO₄•⁻的EPR信号（e）；TEMP-¹O₂和DMPO-•O₂⁻的EPR信号（f-g）；化学探针的去除及紫外光谱（h-i）；DPA反应记录的吸收光谱（j）；50% D₂O和H₂O中SMX的去除性能（k）；O₂/N₂气氛下SMX的去除性能（l）。
图4.XPS全谱图（a）；O 1s谱图（b-c）；Cu 2p谱图（e-f）；理论位点分析（g-h）。
图5.His-CuTSBC降解SMX的可重复使用性（a）；His-CuTSBC/PMS体系在废水样品中降解SMX的效果（b）；His-CuTSBC膜的长期催化过滤（c）；His-CuTSBC/PMS体系的放大实验（d）。
结论
本研究通过组氨酸配位成功在烟草秸秆生物炭上构建了结构明确的Cu位点（His-CuTSBC）。在优化的His-CuTSBC/过氧单硫酸盐体系中，10分钟内去除了93.95%的磺胺甲噁唑和43.23%的总有机碳。配位环境有效稳定了Cu位点，将浸出浓度从0.75 mg/L降至0.29 mg/L。机理研究证实，直接电子转移是主要反应途径，自由基过程起次要作用。表征和理论分析进一步揭示，His-Cu位点优先吸附PMS以促进其活化并介导电子转移。由于这种非自由基主导的机制，该体系对复杂水体基质表现出强耐受性、优异的可回收性和长期催化稳定性。研究确定了三条主要降解途径：羟基化、氧化以及S-N键断裂后聚合。这些产物的急性和慢性毒性均低于母体SMX，凸显了该过程的环境兼容性。总体而言，本研究开发了一种调控稳定金属配位环境的创新策略，阐明了分子螯合机理，为合理设计高性能、耐用的金属配位水净化催化剂提供了关键见解。
本文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.174902
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