Efficient activation of peroxymonosulfate by Fe single-atom: The key role of Fe-pyrrolic nitrogen coordination in generating singlet oxygen and high-valent Fe species

催化作用 化学 单线态氧 配体(生物化学) 反应性(心理学) 氮气 吸附 电子转移 碳纤维 光化学 氧气 单重态 无机化学 物理化学 材料科学 有机化学 激发态 受体 替代医学 生物化学 核物理学 医学 复合材料 病理 物理 复合数
作者
Junli Zheng,Qintie Lin,Yuxin Liu,Yirong Deng,Xindan Fan,Kehuan Xu,Yongjie Ma,Jin He
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:462: 132753-132753 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132753
摘要

Nitrogen-doped carbon matrix single-atom catalysts (SACs) for the efficient removal of organic pollutants have attracted widespread attention. However, the ligand structure and the origin of the high activity between nitrogen species and single-atoms remain elusive. Herein, nitrogen-doped carbon matrix iron single-atom catalysts (Fe/NC-SACs) that exhibit high catalytic reactivity (98.2% SMX degradation in 5 min), broad pH resistance (pH 3.0-11.1), high stability, and sustainable water treatment capacity are reported. High-valent iron (Fe IV=O) and singlet oxygen (1O2) were the reactive oxygen species observed. The electrochemical results demonstrated the generation of catalyst-PMS complexes. The DFT calculations revealed that Fe-pyrrolic N4 was the best ligand for PMS, exhibiting the highest adsorption energy, bond length variation and electron transfer capacity. The central Fe single atom and the carbon electrons adjacent to the pyrrolic N were the reactive sites of the PMS. The main source of 1O2 was the oxidation of PMS. This work provides guidance for the discovery of high-performance catalysts and provides a single-atom catalyst that can be used for practical environmental purification.
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