Innovative asymmetric CoSA‐N‐Ti3C2Tx catalysis: unleashing superoxide radicals for rapid self‐coupling removal of phenolic pollutant

污染物 化学 催化作用 激进的 电子转移 聚合 氧气 矿化(土壤科学) 化学工程 光化学 环境化学 纳米技术 氮气 材料科学 聚合物 有机化学 工程类
作者
Hou Wang,Miao Li,Zhiyan Feng,Xingzhong Yuan,Chenxu Guo,Chencheng Qin,Zihan Shu,Zhiyan Guo,Edison Huixiang Ang,Wen‐Wei Li,Yan Wu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202502307
摘要

The polymerization pathway of contaminants rivals the traditional mineralization pathway in water purification technologies. However, designing suitable oxidative environments to steer contaminants toward polymerization remains challenging. This study introduces a nitrogen‐oxygen double coordination strategy to create an asymmetrical microenvironment for Co atoms on Ti3C2Tx MXenes, resulting in a novel Co‐N2O3 microcellular structure that efficiently activates peroxymonosulfate. This unique activation capability led to the complete removal of various phenolic pollutants within 3 min, outperforming the representative Co single‐atom catalysts reported in the past three years. Identifying and recognizing reactive oxygen species highlight the crucial role of ·O2−. The efficient pollutant removal occurs through a ·O2−‐mediated radical pathway, functioning as a self‐coupling reaction rather than deep oxidation. Theoretical calculations demonstrate that the electron‐rich pollutants transfer more electrons to the catalyst surface, inducing the reduction of dissolved oxygen to ·O2− in the Co‐N2O3 microregion. In a practical continuous flow‐through application, the system achieved 100% acetaminophen removal efficiency in 6.5 h, with a hydraulic retention time of just 0.98 s. This study provides new insights into the previously underappreciated role of ·O2− in pollutant purification, offering a simple strategy for advancing aggregation removal technology in the field of wastewater treatment.
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