Protonation-induced site and field reconstruction for ultrafast adsorptive desulfurization over Cu-N-C

二苯并噻吩 质子化 烟气脱硫 吸附 化学 动力学 催化作用 硫黄 有机硫化合物 Atom(片上系统) 无机化学 活性炭 物理化学 有机化学 离子 物理 嵌入式系统 量子力学 计算机科学
作者
Yibin Tong,Jnuqing Li,Junchen Peng,Minmin Liu,Yajuan Chen,Dandan Dong,Wei Sun,Mingyuan Zhu,Fei He,Chaofeng Huang
出处
期刊:Research Square - Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-1116792/v1
摘要

Abstract Simultaneously manipulating adsorption thermodynamics/kinetics and site density to realize the efficient adsorption capability of single-atom materials was important for adsorption-related catalysis, separation or purification, but remained challenging. Taking adsorptive desulfurization as a model, we reported a simple protonation of pyridinic-N strategy that notably improved the adsorption capability of Cu-N-C for dibenzothiophene via the cation-π and Cu-S interaction. The pyridinic-NH + both acted as adsorption site and modulated the N-ligand field to elongate Cu-N bond to enhance the bonding strength of single-atom Cu site for organosulfur via upshifting the d-band center, thereby causing a higher desulfurization capacity of Cu-N-C than its counterparts. Moreover, the protonation reconstructed the surface electric field of Cu-N-C to weaken the repulsion effect between Cu-N-C and dibenzothiophene, which along with the abundant porous channel accelerated mass transfer and accumulation of dibenzothiophene around adsorption sites. This endowed Cu-N-C with a 2.4~310-fold higher adsorption kinetics than most reported adsorbents, thus achieving a ultrafast decrease of sulfur level (<10 ppm) within 70s, notably outstripping that of Fe-N-C (~ 900s) and activated carbon (~ 1800s).
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