难降解有机污染物排放到水体中,造成了水环境恶化,危及到整个人类和自然的生命,成为亟待解决的难题之一。高级氧化技术（AOPs）中的非均相催化臭氧氧化法在水治理领域中被广泛应用,其中常用的非均相催化剂有金属催化剂和纳米碳催化剂。过渡金属氧化物可以催化活化臭氧产生一系列活性氧物种,但是在催化氧化过程中不可避免的会有金属溶出,对环境造成二次污染。研究发现,纳米碳材料可以避免金属溶出问题并且催化性能优于过渡金属氧化物,但是其结构稳定性差易受到O3和其他ROS的攻击,导致纳米碳溶解堵塞纳米碳材料活性位点,进而造成催化活性下降。此外,纳米碳材料很难从反应溶液中分离和回收。因此,如何合成具有良好结构稳定性和可循环利用性且成本低廉的纳米碳催化剂仍然是一个挑战。本研究将廉价的三聚氰胺和钴盐作为前驱体,同时加入α环糊精以提高合成材料的稳定性,采用简单的固相热解法合成了将钴纳米颗粒包裹在内并掺杂氮元素的碳纳米管（Co-N@CNTs）。嵌入的金属Co颗粒使得合成的碳纳米管富有磁性,从而使催化剂更易回收。同时,具有核壳结构的Co纳米颗粒与氮掺杂石墨层之间存在协同作用,即形成吡啶N-Co结构加速了界面电子的转移,促进了催化臭氧氧化反应的进行。通过密度泛函理论（DFT）计算和淬灭实验及EPR波谱结果表明,吡啶N-Co结构显著增强了对臭氧的吸附并促进臭氧解离生成吸附原子氧（*Oad）和单态氧（1O2）,而由其主导的非自由基氧化反应为有机污染物降解的主要路径。这些非自由基活性物种在降解有机物中表现出了较强的选择性:表面吸附原子氧（*Oad）主要负责草酸的降解,而O3分子和单态氧（1O2）是降解酚类有机物的主要活性物种。此研究不仅为理性设计高效且稳定的臭氧氧化催化剂提供了新的思路,而且所发现的非自由基氧化反应可提高对实际废水的处理效率。