Interface-confined multi-layered reaction centers between Ce-MOFs and Fe3O4@C for heterogeneous electro-Fenton at wide pH 3–9: Mediation of Ce3+/Ce4+ and oxygen vacancy

双功能 催化作用 氧气 化学 吸附 化学工程 阴极 电子转移 氧化还原 分解 金属有机骨架 选择性 协同催化 碳纤维 无机化学 材料科学 光化学 物理化学 有机化学 工程类 复合材料 复合数
作者
Pei Su,Xuedong Du,Yang Zheng,Wenyang Fu,Qizhan Zhang,Minghua Zhou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:433: 133597-133597 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133597
摘要

A bifunctional catalyst with Ce-based metal–organic frameworks deposited on carbon encapsulated Fe3O4 particles (Ce-MOFs/Fe3O4@C) was prepared for heterogeneous electro-Fenton (EF), which exhibited high H2O2 generation efficiency (over 90% selectivity and 80.7% current efficiency), high sulfamethazine (SMT) removal with very low electric energy consumption (7.65 kWh kg−1 SMT), and wider pH suitability to alkaline environment (pH 9). The highest content of oxygen vacancies (OV), Ce3+ and Fe2+ was simultaneously exhibited when the Fe/Ce ratio in precursor was 2:1. Interface-confined between Ce-MOFs and Fe3O4@C and presence of OV promoted the O2 adsorption for oxygen reduction reaction and O2∙- generation, and electron transfer between Fe and Ce. Meanwhile, the presence of Fe2+/Fe3+ and Ce3+/Ce4+ simultaneously facilitated the sequential catalysis induced by H2O2 to generate ∙OH, and Ce4+ could promote O2∙- to generate 1O2. This work provides new insight into the design and synthesis of Fe-based catalysts in EF with interface confinement and multi-layered reaction centers to improve the generation and the decomposition of H2O2 at the same time at a low cathode potential.
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