电芬顿技术通过电催化原位生成H₂O₂，并利用铁离子催化其分解为强氧化性的羟基自由基（·OH），是一种绿色、高效的高级氧化水处理技术。然而，传统的均相芬顿存在pH使用范围窄（必须pH<4）、铁离子难以回收、产生大量铁泥等固有缺陷。非均相电芬顿催化剂，特别是将活性金属以单原子形式分散在导电载体上，可以克服这些问题。单原子催化剂具有最大的原子利用率和独特的配位电子结构，理论上可以实现类似于均相催化的高效H₂O₂活化效率，同时保持固体催化剂易于分离、可多次重复使用的优点。其在电芬顿体系中的应用，是目前材料科学和环境催化领域的前沿交叉热点。

  本研究以ZIF-8为前驱体，通过高温热解和酸洗，制备了氮掺杂碳纳米管上锚定单原子铁的催化剂（Fe-SAC/N-CNT）。高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）照片中可清晰观察到孤立的、呈亮点状分布的Fe原子。X射线吸收精细结构谱（XAFS）确认了Fe的配位构型为Fe-N₄，且不存在Fe-Fe键，证实了铁以单原子形式分散。将此催化剂负载于石墨毡阴极上，构建非均相电芬顿反应器。在初始pH=6、电压为-0.6V vs. RHE、催化剂负载量为0.5mg/cm²的条件下，对水中磺胺嘧啶（SDZ，10mg/L）的降解速率常数达到0.12min⁻¹，是传统铁离子催化体系的2.5倍。

  该体系展现出了极为优异的pH普适性。在pH 3到pH 9的宽泛范围内，SDZ的2小时去除率均保持在95%以上，而传统铁盐体系在pH>5时已急剧失活。连续5次重复使用后，催化剂的活性和结构均未见明显衰减，ICP-MS检测到反应液中铁离子的浸出浓度极低。DFT计算从原子层面揭示了Fe-N₄位点催化H₂O₂分解为·OH的机理。计算表明，H₂O₂分子在Fe-N₄位点上呈侧桥式吸附，Fe原子向H₂O₂的O-O反键轨道注入电子，显著拉伸并弱化了O-O键，使其均裂的活化能垒极低，从而高效、专一地产生·OH，而不会像在金属纳米颗粒表面那样发生O-O键的异裂生成活性较低的OOH物种。该研究为非均相电芬顿技术迈向实用化提供了一种高性能、高稳定性的催化剂范例。

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