Solar-Driven Arsenic(V) Transformation, Speciation, and Adsorption on the Chalcopyrite Surface

黄铜矿 氧化还原 吸附 电子转移 光催化 化学 密度泛函理论 光化学 吸收(声学) 无机化学 材料科学 催化作用 物理化学 计算化学 生物化学 有机化学 复合材料
作者
Qiuyue Ge,Renji Zheng,Yangyang Liu,Yangzi Shangguan,Xuezhen Feng,Dazhong Yang,Wenfei Wei,Ranhao Wang,Yongfei Ji,Lele Duan,Jia Horng Lin,Liwu Zhang,Hong Chen
出处
期刊:ACS ES&T water [American Chemical Society]
卷期号:4 (7): 2871-2881
标识
DOI:10.1021/acsestwater.4c00059
摘要

Understanding the dynamics of arsenic species (As(V) and As(III)) in water is crucial for mitigating their significant health risks. Here, we demonstrate the exceptional ability of chalcopyrite minerals to convert As(V) into As(III), and achieve 100% removal over a broad range of concentrations (0.005–50 mg/L). This unique process combines adsorption with photocatalytic redox reactions, where As(V) is first adsorbed on the mineral surface and then reduced to As(III) by photogenerated electrons. Density functional theory calculations reveal the "Cu(I)–Fe(III) redox-couple" within chalcopyrite as the key driver of this efficient photocatalysis. This redox-couple exhibits excellent light absorption and excitation dynamics, facilitating the rapid transfer of photogenerated electrons to the Fe site for As(V) reduction. This research unveils a previously unknown pathway for arsenic adsorbed and reduction in the natural environment, potentially impacting our comprehension of the global geochemical cycle of the toxic As element.
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