Crystal Water in Minerals Modulates Oxygen Activation for Hydrogen Peroxide Photosynthesis

过氧化氢 化学 氧气 活性氧 无机化学 光化学 激进的 生物地球化学循环 超氧化物 光合作用 析氧 环境化学 电化学 有机化学 物理化学 生物化学 电极
作者
Chao Xing,Yunjie Zou,Mingkai Xu,Lan Ling
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c04691
摘要

Sunlight-responsive minerals contribute significantly to biogeochemical cycles by activating oxygen (O2) to generate reactive oxygen species (ROS). However, the role of crystal water, incorporated into minerals through hydration during rock cycles, in O2 activation remains largely unexplored. Here, we construct tungstite models containing oxygen vacancies to elucidate the modulation of mineral-based ROS dynamics by the synergy between oxygen vacancy and crystal water. Crystal water promotes the protonation process of superoxide anion radicals to produce hydrogen peroxide (H2O2) and alleviates its decomposition. This mineral-based H2O2 photosynthesis system efficiently eliminates organic pollutants in a sequential light–dark reaction. Furthermore, this synergy effect can extend to other metal oxide minerals such as TiO2, SnO2, CuO, ZnO, and Bi2O3. Our results illuminate an overlooked pathway for modulating the protonation process by immobilized water in hydrous minerals, playing a crucial role in ROS storage and migration and pollutant dynamics in a natural environment throughout the day/night cycle.
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