将CO₂和CO₃^2-的自发反应与HCO₃^-/H₂O₂的平衡反应相耦合，原位制备新兴氧化剂过氧碳酸氢盐HCO₄^-，是CO₂转化的一种新方式，也是构建CO₂衍生过氧碳酸氢盐氧化体系的新途径（图1）。

图1. 耦合CO₂转化与过氧碳酸氢盐高级氧化技术的“以废治废”新范式

为了选择性的高效活化HCO₄^-生成·OH和CO₃·^-等多重自由基，中国科学院兰州化物所精细石油化工中间体国家工程研究中心催化新工艺课题组近年来以Co、Mn为过渡金属活性中心，发展了负载型和单原子型催化剂（图2），从原子和分子水平解析了催化剂电子构型、表面微环境和官能团对HCO₄^-选择性吸附与活化的调控规律，实现了HCO₄^-选择性活化、降低了H₂O₂无效分解、提升了自由基产率、高效氧化去除了水中有机污染物，并完善了CO₂过氧化构建HCO₄^-氧化体系的概念（Chem. Eng. J., 2026, 532, 174458; Chem. Eng. J., 2025, 522, 167968; Sep. Purif. Technol., 2025, 364, 132594; J. Environ. Chem. Eng., 2025, 13, 115665.）。然而，催化剂表面官能团对HCO₄^-的“选择性吸附辅助活化”机制至今不明，直接从典型工业废气中CO₂构建HCO₄^-氧化体系的研究仍是空白。

图2. 过氧碳酸氢盐HCO₄^-氧化体系的构建及其选择性催化活化

近日，课题组报道了一种磺酸基团功能化的Co₃O₄@Al₂O₃催化剂，创新性地构建了耦合CO₂捕集利用（CCU）与高级氧化技术（AOPs）的循环流动反应系统。研究发现催化剂表面的-SO₃H基团可作为“氢键锚点”特异性识别并选择活化HCO₄^-，在原子水平上拉伸其O-O键并诱导自由基CO₃·^-和·OH的高效生成（图3）。

图3. 磺酸基团修饰的催化剂制备、表征及表面氢键介导的选择性吸附活化机制

研究人员进一步设计了气-液循环流动反应装置，直接以含有较低浓度CO₂的典型的化工废气和甲醇驰放气为原料，生成HCO₄^-并同步氧化抗生素污染物（图4）。研究表明，含H₂O₂的碳酸钠水溶液能够高选择性的吸收混合气中的CO₂，并将其原位转化为HCO₄^-，在去除抗生素过程中，同样发挥平稳的氧化性能，实现了超过70%的CO₂转化率及有机污染物的彻底降解。该研究不但验证了将CO₂转化为高价值化学氧化剂的逻辑，而且提出了“以废治废”的CO₂利用与废水处理一体化新策略。

图4. （a）CO₂循环流动反应装置，（b）CO₂衍生HCO₄-体系中，CO₃^-和HCO₃^-的转化，（c）不同混合气下，CO₂衍生HCO₄^-的¹³C NMR，（d）不同混合气下，CO₂衍生HCO₄^-的氧化效能，（e）不同混合气中CO₂的转化率。

以上研究成果以“Coupling CO₂ utilization with Fenton-like oxidation in a circulating flow system via peroxymonocarbonate activation for water remediation”为题发表在Applied Catalysis B: Environment and Energy (https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.127237)上。博士生杨子寒为该论文第一作者，赵培庆研究员和孟旭研究员为共同通讯作者。

以上工作得到了低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室、精细石油化工中间体国家工程研究中心、甘肃省科技厅、兰州市及城关区科技局的支持。