Aprovechando diversas especies reactivas de oxígeno (ROS), se buscan AOP para oxidar o incluso mineralizar contaminantes orgánicos tóxicos y recalcitrantes. Los catalizadores de un solo átomo (SAC) se caracterizan por una utilización maximizada de los átomos, así como por sitios activos uniformes y bien definidos, lo que resulta muy prometedor para una activación eficaz y selectiva del PMS. Sin embargo, las relaciones estructura-actividad/selectividad aún no se han revelado bien debido a las múltiples vías de generación de ROS y su compleja interacción.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Shaobin Wang de la Universidad de Adelaida, Australia, y el Prof. Hui Zhang de la Universidad de Wuhan, China, ha dilucidado los mecanismos de activación del PMS mediante catalizadores de hierro de un solo átomo e identificado las relaciones de las estructuras geométricas. y estructuras electrónicas de centros de Fe de un solo átomo para la producción selectiva de diferentes especies/vías reactivas. Los resultados fueron publicados en el Chinese Journal of Catalysis. .

La activación del PMS mediante sitios de un solo átomo generalmente se realiza mediante tres pasos. El primer paso es la adsorción de HSO₅ ^– en el centro de Fe de un solo átomo con diferentes alineamientos moleculares. El segundo paso es la transferencia de carga entre el centro de Fe activo y el HSO₅ adsorbido. ^– , lo que resulta en el cambio de densidad de carga e incluso la escisión del enlace O – O de HSO₅ ^– . El tercer paso es el desprendimiento del HSO₅ activado. ^– mediante una liberación espontánea de las especies reactivas (como los radicales libres y ¹ O₂ ) o descomposición de las especies unidas a la superficie con otros sustratos (como catalizador-PMS* y Fe ^IV =O) para regenerar el sitio activo.

Debido a la complejidad de la activación de PMS con múltiples pasos y la generación de ROS con múltiples intermediarios de reacción, se producen diversas ROS incluso en un sitio atómico singular de Fe. Si bien las herramientas teóricas pueden determinar de manera eficiente la estructura de adsorción de PMS energéticamente óptima, la generación final de ROS específicos requiere energía libre de reacción moderada en cada paso de reacción. Por lo tanto, el control de la selectividad de ROS requiere gestionar tanto la energía de adsorción de PMS como la energía libre de reacción de pasos elementales cruciales.

En este contexto, regular la estructura electrónica del sitio activo es una forma eficaz de gobernar la actividad de activación del PMS y la selectividad de ROS para establecer las relaciones. Esto implica un aumento moderado de la densidad de carga de los sitios de Fe mediante la construcción de Fe–N₂ –O₂ y Fe–N₅ sitios para mejorar ¹ O₂ y Fe ^IV =O generación, así como un Fe–N₃ Sitio para la generación del complejo catalizador-PMS*. Mayor elevación de la densidad de carga mediante Fe–N₃ –P₁ y Fe–N₄ (N pirrólico) favorece la generación de radicales.