Enhanced electrocatalytic cathodic degradation of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid based on a synergistic effect obtained from Co single atoms and Cu nanoclusters

纳米团簇 降级(电信) 电催化剂 电子转移 催化作用 双功能 吸附 反应速率常数 光化学 分解 化学 动力学 无机化学 电化学 电极 有机化学 物理化学 计算机科学 电信 物理 量子力学
作者
Lu Liu,Yiran Chen,Shun‐Lin Li,Wenchao Yu,Xinyu Zhang,Hui Wang,Jianan Ren,Zhaoyong Bian
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:332: 122748-122748 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.122748
摘要

Electrochemical reduction-oxidation is an environmentally-friendly process of degrading 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D). However, the design of electrocatalysts having reductive dechlorination and oxygen-specific active sites remains challenging. In the present study, catalytic cathodes were made from single Co atoms and Cu nanoclusters on nitrogen-doped carbon to enhance the degradation of 2,4-D through a synergistic mechanism. In this process, 2,4-D was dechlorinated on the Cu nanoclusters and then oxidized by ·OH radicals produced by the conversion of O2 on the Co atoms. The Cu nanoclusters served as both conductive bridges and 2,4-D adsorption sites to improve the electron transfer of the circuit and so accelerate the direct electron transfer associated with dechlorination. The single Co atoms first reduced O2 to H2O2 and then continuously catalyzed the decomposition of this H2O2 to form ·OH. As a result of the synergistic combination of these two effects, complete efficient dechlorination and 93.4% total organic carbon removal were achieved after 2 h. The kinetics constant for this reaction was determined to be 546.4 min−1·gmetal−1, indicating exceptional performance relative to previous reports of organic pollutant degradation. This study demonstrates the rational design of a bifunctional electrocatalyst and elucidates the electron transfer pathway and O2 activation mechanism associated with 2,4-D removal by electrochemical reduction-oxidation. This process is likely to have potential applications in the remediation of polluted water.
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