Activity Trends and Mechanisms in Peroxymonosulfate‐Assisted Catalytic Production of Singlet Oxygen over Atomic Metal‐N‐C Catalysts

催化作用 化学 单线态氧 金属 原子氧 单重态 活性氧 氧原子 氧气 无机化学 分子 有机化学 激发态 生物化学 物理 核物理学
作者
Yun Gao,Tongwei Wu,Chengdong Yang,Chao Ma,Zhenyang Zhao,Zihe Wu,Sujiao Cao,Wei Geng,Yi Wang,Yongyi Yao,Yanning Zhang,Chong Cheng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (41): 22513-22521 被引量:396
标识
DOI:10.1002/anie.202109530
摘要

Abstract We synthesized a series of carbon‐supported atomic metal‐N‐C catalysts (M‐SACs: M=Mn, Fe, Co, Ni, Cu) with similar structural and physicochemical properties to uncover their catalytic activity trends and mechanisms. The peroxymonosulfate (PMS) catalytic activity trends are Fe‐SAC>Co‐SAC>Mn‐SAC>Ni‐SAC>Cu‐SAC, and Fe‐SAC displays the best single‐site kinetic value (1.65×10 5 min −1 mol −1 ) compared to the other metal‐N‐C species. First‐principles calculations indicate that the most reasonable reaction pathway for 1 O 2 production is PMS→OH*→O*→ 1 O 2 ; M‐SACs that exhibit moderate and near‐average Gibbs free energies in each reaction step have a better catalytic activity, which is the key for the outstanding performance of Fe‐SACs. This study gives the atomic‐scale understanding of fundamental catalytic trends and mechanisms of PMS‐assisted reactive oxygen species production via M‐SACs, thus providing guidance for developing M‐SACs for catalytic organic pollutant degradation.
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