Directional and Ultrafast Charge Transfer in Oxygen‐Vacancy‐Rich ZnO@Single‐Atom Cobalt Core‐Shell Junction for Photo‐Fenton‐Like Reaction

光催化 光化学 化学 催化作用 异质结 电子转移 氧化还原 空位缺陷 材料科学 无机化学 光电子学 结晶学 生物化学
作者
Xi‐Lin Wu,Shiang Liu,Yu Li,Minjia Yan,Hongjun Lin,Jianrong Chen,Shoujie Liu,Shaobin Wang,Xiaoguang Duan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (30) 被引量:44
标识
DOI:10.1002/anie.202305639
摘要

In photosynthesis, solar energy is harvested by photosensitizers, and then, the excited electrons transfer via a Z-Scheme mode to enzymatic catalytic centers to trigger redox reactions. Herein, we constructed a core-shell Z-scheme heterojunction of semiconductor@single-atom catalysts (SACs). The oxygen-vacancy-rich ZnO core and single-atom Co-N4 sites supported on nitrogen-rich carbon shell (SA-Co-CN) act as the photosensitizer and the enzyme-mimicking active centers, respectively. Driven by built-in electric field across the heterojunction, photoexcited electrons could rapidly (2 ps) transfer from the n-type ZnO core to the p-type SA-Co-CN shell, finally boosting the catalytic performance of the surface-exposed single-atom Co-N4 sites for peroxymonosulfate (PMS) activation under light irradiation. The synergies between photocatalysis and heterogeneous Fenton-like reaction lead to phenomenally enhanced production of various reactive oxygen species for rapid degradation of various microcontaminants in water. Experimental and theoretical results validate that the interfacial coupling of SA-Co-CN with ZnO greatly facilitates PMS adsorption and activation by reducing the adsorption energy and enhancing the cascade electron transfer processes for the photo-Fenton-like reaction.
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