Enhanced FeIV═O Generation via Peroxymonosulfate Activation by an Edge‐Site Engineered Single‐Atom Iron Catalyst

催化作用 拉曼光谱 浸出(土壤学) 密度泛函理论 化学 电化学 化学工程 选择性 光化学 多相催化 无机化学 材料科学 物理化学 电极 计算化学 有机化学 物理 环境科学 土壤科学 光学 土壤水分 工程类
作者
Dong-Hyun Lee,Jae Wook Lee,Guoliang Yu,Kang Kim,Joohyun Kim,Dong Hyeon Mok,Am Jang,Maeng‐Joon Jung,Hyunsoo Ahn,Seoin Back,Taeghwan Hyeon,Changha Lee
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202408811
摘要

Abstract As an oxidant, the ferryl‐oxo complex (Fe IV ═O) offers excellent reactivity and selectivity for degrading recalcitrant organic contaminants. However, enhancing Fe IV ═O generation on heterogeneous surfaces remains challenging because the underlying formation mechanism is poorly understood. This study introduces edge defects onto a single‐atom Fe catalyst (FeNC‐edge) to promote Fe IV ═O generation via peroxymonosulfate (PMS) activation. In the presence of PMS, the FeNC‐edge catalyst at a low dose (20 mg L −1 , equivalent to 0.14 mg L −1 Fe) exhibits unprecedented activity for organic contaminant degradation. Electrochemical analysis, in situ Raman spectroscopy, and Fe IV ═O probe experiments confirm that Fe IV ═O generation is enhanced on the surface of FeNC‐edge. Density functional theory calculations reveal that the introduced edge sites concentrate electron density on active Fe atoms, facilitating charge transfer from Fe to PMS. Notably, FeNC‐edge immobilized on a polymeric membrane functioned as a continuous‐flow oxidation system with efficient catalyst recycling and minimal Fe leaching.

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