石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是可见光光催化材料，将其与过一硫酸盐（PMS）活化耦合，可以产生协同增强的高级氧化效果。然而，纯g-C₃N₄活化PMS的活性位点有限。通过在其骨架中植入原子级分散的过渡金属单原子，可以精准地创造高活性的催化中心。锰是一种环境友好、地球丰度高的过渡金属，其多变价态（Mn²⁺/Mn³⁺/Mn⁴⁺）和独特的电子结构使其在类芬顿催化中极具潜力。将单原子锰锚定在g-C₃N₄的骨架上，形成稳定的Mn-N₄配位构型，可以在可见光下同时发挥光催化和单原子催化的双重优势。
本研究将尿素和乙酰丙酮锰的混合物通过简单的热聚合和后续热剥离，成功合成了单原子Mn-N₄位点修饰的超薄CN纳米片（Mn₁/CN）。高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）和X射线吸收精细结构谱（XAFS）明确证实了锰以孤立的Mn-N₄构型单分散在CN骨架中。在可见光和PMS共同存在下，Mn₁/CN对水中双酚A（BPA）的降解速率常数是纯CN的22倍，在20分钟内可将BPA完全去除，矿化率高达75%。电子顺磁共振（EPR）和自由基淬灭实验表明，该体系中同时大量产生了SO₄·⁻、·OH和¹O₂，其中SO₄·⁻和¹O₂对降解的贡献最大。
机理研究表明，Mn-N₄位点不仅作为PMS活化的催化中心，还能有效地捕获g-C₃N₄的光生电子，将其传递给PMS产生SO₄·⁻，同时抑制光生载流子的复合，让空穴也参与氧化反应。这一光-单原子协同催化路径，极大地提升了氧化剂的利用效率。密度泛函理论（DFT）计算揭示了Mn-N₄位点与PMS之间的独特电子转移和能量转移机制，促进了自由基（SO₄·⁻）与非自由基（¹O₂）路径的协同发生。
在连续5次循环和真实水体实验中，Mn₁/CN展现了优秀的稳定性、可重复使用性和抗干扰能力。该研究为设计兼具光催化和单原子催化功能的高效、稳定高级氧化催化剂提供了新的思路，在工业废水深度处理领域具有重要的应用价值。
