Interlayer Structure Manipulation of Iron Oxychloride by Potassium Cation Intercalation to Steer H2O2 Activation Pathway

化学 插层(化学) 催化作用 聚合 无机化学 动力学 污染物 化学工程 有机化学 量子力学 物理 工程类 聚合物
作者
Jinling Wang,Kai-Peng Hou,Yuzhen Wen,Honglai Liu,Hualin Wang,Khetpakorn Chakarawet,Ming Gong,Xuejing Yang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (10): 4294-4299 被引量:77
标识
DOI:10.1021/jacs.1c12398
摘要

Structural regulation of the active centers is often pivotal in controlling the catalytic functions, especially in iron-based oxidation systems. Here, we discovered a significantly altered catalytic oxidation pathway via a simple cation intercalation into a layered iron oxychloride (FeOCl) scaffold. Upon intercalation of FeOCl with potassium iodide (KI), a new stable phase of K+-intercalated FeOCl (K-FeOCl) was formed with slided layers, distorted coordination, and formed high-spin Fe(II) species compared to the pristine FeOCl precursor. This structural manipulation steers the catalytic H2O2 activation from a traditional Fenton-like pathway on FeOCl to a nonradical ferryl (Fe(IV)═O) pathway. Consequently, the K-FeOCl catalyst can efficiently remove various organic pollutants with almost 2 orders of magnitude faster reaction kinetics than other Fe-based materials via an oxidative coupling or polymerization pathway. A reaction-filtration coupled process based on K-FeOCl was finally demonstrated and could potentially reduce the energy consumption by almost 50%, holding great promise in sustainable pollutant removal technologies.
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