水和大气是人类生存必不可少的环境因素，近年来城市化，工业化的飞速发展造成大量有机污染物排入水体，大气中。有机污染物具有毒性，通过饮用水，呼吸进入人体，可诱发一系列包括癌症在内的病变甚至死亡，严重危害人体生命健康。且排入环境中的有机污染物对生态系统可造成灾难性的破坏，例如水体富营养化导致的黑臭，烃类有机气体造成的大气光学化学烟雾等。因此，开发一套高效，经济的治污技术已经迫在眉睫。以碳材料为催化剂的过硫酸盐基高级氧化技术因其高强度除污能力，低经济成本，是目前针对有机污染物的非常具有前景的技术手段。目前该技术中存在的一系列未解之谜，其中碳基质对过硫酸盐的催化的本质，非自由基发生的原因及其具体过程是当前最关键的问题，因为这些问题直接关系到过硫酸盐基高级氧化技术处理污染物的效率。解决以上的问题对指导过硫酸盐基高级氧化技术能够高效用于实际有机物污染的治理是至关重要的。因此，我们采用DFT计算的方法针对以上问题开展了系统深入的研究。
　　(1)常规使用的吸附能(Eads)，O-O键长(lO-O)和S-O键长(lS-O)的原子级描述子无法准确反映过二硫酸盐PDS的非自由基途径状态。因此，采用密度泛函理论(DFT)方法以常用的非自由基催化体系：B，N掺杂纳米碳催化PDS体系为例，寻求一套可靠的反映催化剂活性位点与PDS形成的ROSs的活性能力之间关系的方案具有重要意义。本项工作模拟设计了所有可能的B，N掺杂纳米碳时形成的官能团，并就其对PDS吸附行为及催化能力进行详细分析，使用局部亲电指数(ω)来反映催化剂表面S2O82-的氧化能力。研究发现，B-N-C型材料对PDS的催化活性取决于B和N在共掺杂构型中的位置而非杂原子掺杂剂的含量有关。结论的可靠性得到了实验的验证
　　(2)碳材料具有良好的导电性，利于催化PDS非自由基路径的电子传输过程。将碳纳米管做成电容电极则可进一步增强其催化效率，且经实验发现阳极明显高于阴极。对此问题具体原因，通过DFT手段模拟不同电场方向及强度下碳纳米管电极催化PDS产生活性中间体ROSs的过程。研究发现阴阳两极的碳纳米管活化PDS的影响方式不同。阴极极化主要诱导活化的PDS的O-O键拉伸，而阳极极化可以拉长PDS的S-O键。由于碳纳米管的静电吸引作用，正电极极化更利于S2O82-阴离子在MWCNT阳极上的吸附。在阳极，被吸附的S2O82-中的S-O键在CNT表面上的活性位点及正电荷的作用下被拉伸，使S2O82-变成活化态，活化的S2O82-(S2O82-*)具有远高于阴极及中性电场下纳米管表面PDS的氧化能力。阴阳两极催化PDS的关键在于改变了PDS分子中不同键的电子结构。
　　(3)由于碳材料在吸附有机物和激活过氧硫酸盐中具有出色性能，可以以单臂碳纳米管(SWCNT)做为催化剂，通过喷淋过硫酸盐溶液的方法以处理挥发性有机污染物VOCs。本研究以理论计算的方法全面研究了SWCNT吸附VOCs和激活过一硫酸盐PMS的关键因素。研究发现VOCs在SWCNTs上的吸附能依赖于VOCs的极化率；SWCNT中本体内部碳原子的π电子是PMS中的O-O解离的根本原因，并且确认生成的ROS为?OH。并且计算表明甲醛在碳纳米管上具有超快的降解速率和扩散速率，且无CO副产物产生。此外该方案可以避免其他技术在处理VOC时遇到的主要障碍问题，是一门非常具有前景的VOCs处理技术。