近日，哈尔滨工业大学教授王威课题组在低能低药绿色水处理领域取得新进展，提出一种分子氧活化新策略。该策略不需要外加氧化剂和额外能量输入，为构建可持续、高效的分子氧活化体系提供了新的设计范式，为下一代能量中性催化技术的发展奠定了重要基础。相关成果发表在《自然·通讯》。

分子氧活化是能源转化、绿色化学及环境修复等领域中的基础催化过程。作为最丰富的天然氧化剂，氧气（O₂）被认为是替代过氧化氢、过硫酸盐和臭氧等传统化学氧化剂的理想选择。然而，由于O₂基态三重态的自旋禁阻导致电子转移受限，在实际催化过程中面临显著的动力学障碍。为克服这一问题，现有O₂活化策略通常依赖光、电或热等外部能量输入，严重制约了技术的经济性与可持续性。而无能耗O₂活化体系通常受限于活性位点孤立分布、电子态局域化及多步电子转移能垒叠加，从而导致活性氧生成速率低、反应活性不足及中间体易耗散等问题，难以满足实际应用需求。

本研究中，团队通过构建原子级相邻的双金属位点，利用d-d轨道耦合与电子离域效应，在催化剂内部形成短程、高效的电子传输通道，从而强化O₂吸附并通过π*轨道有效削弱O-O键，实现在温和条件下对O₂的直接、高选择性的单线态氧转化。该体系在无偏压、仅曝气条件下，其活性氧物种生成速率和污染物降解性能可与传统化学氧化剂体系相媲美，而运行成本降低了约100倍。

该催化体系在复杂水体中表现出优异的稳定性和普适性，可应用于污染物降解、无机离子转化及细菌灭活等领域。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-67706-4