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碳纳米管(CNTs)催化过硫酸盐(PMS)高级氧化技术在持久性有机污染物(POPs)治理等领域引起了广泛关注。然而，特定的活性位点及其氧化机理尚不清楚，进而阻碍了高性能碳催化剂用于修复实际废水的发展。因此，本文基于表面受控化学修饰的方法，实现了CNTs表面缺陷的精准调控。催化降解实验表明：所构建的富缺陷CNTs@PMS氧化体系可高效去除水中POPs。定量构效关系分析与理论计算的研究结果表明：CNTs表面的双空位缺陷是主要的活性位点；在此基础上，提出了电势差驱动电子转移的催化氧化新机制。受益于这种独特的催化氧化机制，所构建的富缺陷CNTs@PMS氧化体系展现出优异的选择性，能抵抗共存有机/无机物质的干扰，并实现了复杂水质背景下目标POPs的靶向去除。本文主要研究内容有：
1、利用表面受控化学修饰的策略，定向调控CNTs表面缺陷密度，借助常规表征仪器对碳纳米管的微观形态、晶体结构、缺陷密度、含氧官能团等物化性质进行分析。结果表明，表面受控化学修饰能够定向调控CNTs的缺陷密度，同时其它主要物化性质几乎保持不变，实现了缺陷态CNTs的可控制备。
2、考察不同程度缺陷态CNTs催化过硫酸盐降解对氯苯酚(4-CP，持久性有机污染物的模型)的性能，并建立碳纳米管催化氧化效能与缺陷密度之间的定量构效关系，为高活性缺陷态碳纳米管的设计提供依据。结果表明，缺陷密度最高的碳纳米管(O-CNTs-1000)在PMS催化和4-CP降解方面表现出最优的性能，其降解速率常数比最佳碳催化剂(G-NDs)高3.1倍。
3、分析碳纳米管催化氧化效能与缺陷密度之间的定量构效关系，研究发现缺陷密度(nD)与比表面积归一化的4-CP降解速率常数(k4-CP)和PMS分解速率常数(kPMS)呈正线性关系，计算得到的R2分别高达0.95和0.99，结合理论计算的结果发现碳纳米管表面的双空位缺陷(CNTs-DV)是主要的活性位点；利用电化学原位监测技术证实CNTs@PMS@4-CP体系中存在强烈的电子转移，进一步推测驱动电子转移氧化机理主导PMS的分解和4-CP的降解。在此基础上，结合分子轨道理论提出了电势差驱动电子转移的催化氧化新机制：CNTs-DV促进电势差驱动电子从4-CP的最高占据分子轨道(HOMO)转移至PMS分子的最低未占据分子轨道(LUMO)。
4、建立碳纳米管对不同分子结构POPs的催化氧化效能与其选择性氧化效果之间的定量构效关系，结合福井函数计算结果表明：给电子基团(EDG)与卤素基团(HG)取代酚的助氧化性和强吸电子基团(EWG)取代酚的抗氧化性取决于氧化过程中优先攻击位点发生改变；氯取代基数量增多带来的助氧化性归因于电势差驱动电子优先攻击的位点数成倍增加。受益于这种独特的催化氧化机制，所构建的富缺陷CNTs@PMS氧化体系展现出优异的选择性，能抵抗共存有机/无机物质的干扰，并实现了复杂水质背景下目标POPs的靶向去除。
1、利用表面受控化学修饰的策略，定向调控CNTs表面缺陷密度，借助常规表征仪器对碳纳米管的微观形态、晶体结构、缺陷密度、含氧官能团等物化性质进行分析。结果表明，表面受控化学修饰能够定向调控CNTs的缺陷密度，同时其它主要物化性质几乎保持不变，实现了缺陷态CNTs的可控制备。
2、考察不同程度缺陷态CNTs催化过硫酸盐降解对氯苯酚(4-CP，持久性有机污染物的模型)的性能，并建立碳纳米管催化氧化效能与缺陷密度之间的定量构效关系，为高活性缺陷态碳纳米管的设计提供依据。结果表明，缺陷密度最高的碳纳米管(O-CNTs-1000)在PMS催化和4-CP降解方面表现出最优的性能，其降解速率常数比最佳碳催化剂(G-NDs)高3.1倍。
3、分析碳纳米管催化氧化效能与缺陷密度之间的定量构效关系，研究发现缺陷密度(nD)与比表面积归一化的4-CP降解速率常数(k4-CP)和PMS分解速率常数(kPMS)呈正线性关系，计算得到的R2分别高达0.95和0.99，结合理论计算的结果发现碳纳米管表面的双空位缺陷(CNTs-DV)是主要的活性位点；利用电化学原位监测技术证实CNTs@PMS@4-CP体系中存在强烈的电子转移，进一步推测驱动电子转移氧化机理主导PMS的分解和4-CP的降解。在此基础上，结合分子轨道理论提出了电势差驱动电子转移的催化氧化新机制：CNTs-DV促进电势差驱动电子从4-CP的最高占据分子轨道(HOMO)转移至PMS分子的最低未占据分子轨道(LUMO)。
4、建立碳纳米管对不同分子结构POPs的催化氧化效能与其选择性氧化效果之间的定量构效关系，结合福井函数计算结果表明：给电子基团(EDG)与卤素基团(HG)取代酚的助氧化性和强吸电子基团(EWG)取代酚的抗氧化性取决于氧化过程中优先攻击位点发生改变；氯取代基数量增多带来的助氧化性归因于电势差驱动电子优先攻击的位点数成倍增加。受益于这种独特的催化氧化机制，所构建的富缺陷CNTs@PMS氧化体系展现出优异的选择性，能抵抗共存有机/无机物质的干扰，并实现了复杂水质背景下目标POPs的靶向去除。