Theory-guided unraveling of the mechanism underlying cu1.0/Mn1.0-ZnO with dual reaction centers for enhanced peroxymonosulfate activation

电负性 催化作用 过硫酸盐 电子转移 降级(电信) 化学 氧化还原 化学工程 材料科学 光化学 无机化学 计算机科学 电信 生物化学 有机化学 工程类
作者
Kaixuan Wang,Haibo Li,Xiaofei Qin,Ting Ma,Lin Zhu,Chenxi Zhang,Wei Yu,Xulun Zhou
出处
期刊:Environmental Research [Elsevier BV]
卷期号:: 118258-118258
标识
DOI:10.1016/j.envres.2024.118258
摘要

Developing efficient catalytic systems for water contamination removal is a topic of great interest. However, the use of heterogeneous catalysts faces challenges due to insufficient active sites and electron cycling. In this study, results from first-principles calculations demonstrate that dual reaction centers (DRCs) are produced around the Cu and Mn sites in Cu1.0/Mn1.0-ZnO due to the electronegativity difference. Experimental results reveal the material with DRCs greatly enhances electron transfer efficiency and significantly impacts the oxidation and reduction of peroxymonosulfate (PMS). In addition, the self-consistent polarization correction (SCPC) method was introduced to correct the energy and charge of charged periodic systems simulating a catalytic process, resulting in more precise catalytic results. Specifically, the material exhibits a preference for adsorbing negatively charged PMS anions at electron-deficient Mn sites, facilitating PMS oxidation for the generation of 1O2, and PMS reduction around the electron-rich Cu for the formation of •OH and SO4•−. The major reactive oxygen species is 1O2, showcasing effective performance in various degradation systems. Overall, our work provides novel insights into the persulfate-based heterogeneous catalytic oxidation process, paving the way for the development of high-performance catalytic systems for water purification.
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