Trace FeCu@PC Derived from MOFs for Ultraefficient Heterogeneous Electro-Fenton Process: Enhanced Electron Transfer and Bimetallic Synergy

双金属片 电子转移 反应性(心理学) 降级(电信) 密度泛函理论 材料科学 分解 化学工程 化学 热分解 催化作用 物理化学 有机化学 计算化学 病理 工程类 电信 替代医学 医学 计算机科学
作者
Xuedong Du,Wenyang Fu,Pei Su,Linlan Su,Qizhan Zhang,Jingju Cai,Minghua Zhou
出处
期刊:ACS ES&T engineering [American Chemical Society]
卷期号:1 (9): 1311-1322 被引量:57
标识
DOI:10.1021/acsestengg.1c00131
摘要

A Fe0/Cu0-based bimetallic submicro-particle core with porous carbon (PC) shell hybrid rods, i.e., core–shell structured FeCu@PC-800/6, was successfully fabricated from the mixture of MIL-88B(Fe) and Cu-BDC through pyrolysis at 800 °C for 6 h and employed as novel heterogeneous electro-Fenton (Hetero-EF) catalysts to remove sulfamethazine (SMT). A trace dose catalyst (25.0 mg L–1) could achieve efficient catalytic activity (turnover frequency (TOFd), 3.92 L g–1 min–1) due to the synergy of catalytic reactivity among iron, copper, and PC, possessing the pseudo-first-order rate for SMT removal that was 3.27-foldsand 4.08-fold of the Fe@PC-800/6/Hetero-EF and Cu@PC-800/6/Hetero-EF process, respectively. According to experiments and density functional theory (DFT) calculations, Hetero-EF reactions enhanced by internal-microelectrolysis (IME) were proposed, in which Cu0 promoted the electrons transfer of Fe0 to PC while the introduced Cu+ could promote the decomposition of H2O2 and the cycle of Fe3+/Fe2+. A possible mechanism and SMT degradation pathway were suggested for this Hetero-EF process, confirming that the surface-bound hydroxyl radical played a major role. This FeCu@PC-800/6 catalyst was cost-effective and could be reused after thermal treatment in H2, demonstrating super efficiency for organic contaminants degradation by EF process.

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