Sfruttando diverse specie reattive dell'ossigeno (ROS), gli AOP vengono utilizzati per ossidare o addirittura mineralizzare gli inquinanti organici recalcitranti e tossici. I catalizzatori a singolo atomo (SAC) sono caratterizzati da un utilizzo massimizzato degli atomi e da siti attivi uniformi e ben definiti, che rappresentano una grande promessa per l'attivazione PMS efficace e selettiva. Tuttavia, le relazioni struttura-attività/selettività non sono state ancora ben rivelate a causa dei molteplici percorsi di generazione dei ROS e della loro complessa interazione.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Shaobin Wang dell'Università di Adelaide, in Australia, e dal Prof. Hui Zhang dell'Università di Wuhan, in Cina, ha chiarito i meccanismi di attivazione della sindrome premestruale da parte di catalizzatori di ferro a singolo atomo e identificato le relazioni tra le forme geometriche e le strutture elettroniche dei singoli atomi di Fe si concentrano sulla produzione selettiva di diverse specie/percorsi reattivi. I risultati sono stati pubblicati sul Chinese Journal of Catalysis .

L'attivazione della PMS da parte dei siti a singolo atomo procede solitamente attraverso tre fasi. Il primo passo è l'assorbimento di HSO₅ ^– sul centro Fe del singolo atomo con allineamenti molecolari variabili. Il secondo passo è il trasferimento di carica tra il centro Fe attivo e l'HSO₅ adsorbito ^– , con conseguente cambiamento della densità di carica e persino la scissione del legame O–O di HSO₅ ^– . Il terzo passo è il distacco dell'HSO₅ attivato ^– attraverso un rilascio spontaneo delle specie reattive (come radicali liberi e ¹ O₂ ) o decomposizione delle specie legate alla superficie con altri substrati (come catalizzatore-PMS* e Fe ^IV =O) per rigenerare il sito attivo.

A causa della complessità dell'attivazione del PMS con più passaggi e della generazione di ROS con più intermedi di reazione, vengono prodotti diversi ROS anche in un singolo sito Fe atomico. Mentre gli strumenti teorici possono determinare in modo efficiente la struttura di adsorbimento del PMS energeticamente ottimale, la generazione definitiva di ROS specifici richiede una moderata energia libera di reazione in ogni fase della reazione. Pertanto, il controllo della selettività dei ROS richiede la gestione sia dell'energia di adsorbimento del PMS che dell'energia libera di reazione dei passaggi elementari cruciali.

In questo contesto, regolare la struttura elettronica del sito attivo è un modo efficace per governare l'attività di attivazione del PMS e la selettività dei ROS per stabilire le relazioni. Ciò comporta un moderato aumento della densità di carica dei siti Fe costruendo Fe–N₂ –O₂ e Fe–N₅ siti da migliorare ¹ O₂ e Fe ^IV =O, nonché una generazione Fe–N₃ sito per la generazione del complesso catalizzatore-PMS*. Ulteriore aumento della densità di carica di Fe–N₃ –P₁ e Fe–N₄ (pirrolico N) favoriscono la generazione di radicali.