2D-Like Catalyst with a Micro-nanolinked Functional Surface for Water Purification

介孔材料 催化作用 传质 比表面积 材料科学 体积热力学 浸出(土壤学) 化学工程 化学 纳米技术 环境科学 色谱法 有机化学 工程类 土壤水分 土壤科学 物理 量子力学
作者
Kajia Wei,Lu Wang,Liankai Gu,Qiqing Liu,Li Wei,Zuoyong Zhou,Weiqing Han,Changpei Ouyang,Rufan Zhang,Xia Huang,Xiaoyuan Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (6): 3007-3018
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c07536
摘要

In water purification, the performance of heterogeneous advanced oxidation processes significantly relies upon the utilization of the catalyst's specific surface area (SSA). However, the presence of the structural "dead volume" and pore-size-induced diffusion-reaction trade-off limitation restricts the functioning of the SSA. Here, we reported an effective approach to make the best SSA by changing the traditional 3D spherule catalyst into a 2D-like form and creating an in situ micro-nanolinked structure. Thus, a 2D-like catalyst was obtained which was characterized by a mini "paddy field" surface, and it exhibited a sharply decreased dead volume, a highly available SSA and oriented flexibility. Given its paddy-field-like mass-transfer routine, the organic capture capability was 7.5-fold higher than that of the catalyst with mesopores only. Moreover, such a catalyst exhibited a record-high O3-to-·OH transition rate of 2.86 × 10–8 compared with reported millimetric catalysts (metal base), which contributed to a 6.12-fold higher total organic removal per catalyst mass than traditional 3D catalysts. The facile scale preparation, performance stability, and significant material savings with the 2D-like catalyst were also beneficial for practical applications. Our findings provide a unique and general approach for designing potential catalysts with excellent performance in water purification.
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