Prompting direct single electron transfer to produce non-radical 1O2/H* by electro-activating peroxydisulfate process with core-shell cathode

过硫酸盐 过氧二硫酸盐 电子转移 激进的 化学 阴极 光化学 催化作用 单线态氧 阳极 电化学 氰化 电子受体 氧气 有机化学 物理化学 电极
作者
Huajing Zhou,Dongxiu Lu,Shangquan Fang,Chang Liu,Yuancai Chen,Xian Li,Qijin Luo
出处
期刊:Journal of Environmental Management [Elsevier]
卷期号:287: 112294-112294 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.jenvman.2021.112294
摘要

A novel heteroatomic N, P and S co-doped core-shell material (MnFe3O4@PZS) was synthesized by a simple polycondensation hydro-thermal method, and used as the cathode to cooperate with electron-catalysis to activate persulfate (S2O82−) (E-MnFe3O4@PZS-PDS) for tetracycline (TTC) degradation. Radical scavenger studies demonstrated that non-radicals including atomic H* and singlet oxygen (1O2) rather than sulfate and hydroxyl radicals were the crucial reactive oxygen species (ROS). Electrochemical analysis indicated that Mn doping could promote electro-catalytic process via diverting pathway from four/two-electron to one-electron to generate non-radical H*/1O2 at the cathode, including one-electron oxygen reduction reaction (1e-ORR) (O2→1O2), and one-electron hydrogen reduction reaction (1e-HRR) (H2O+e−→H∗), as evidenced by the lowest onset potential (0.072 V) together with electron transfer number (n = 1.65). Besides, the regeneration/reduction of FeⅡ/Ⅲ/MnⅡ/Ⅲ/Ⅳ and persulfate will not cause excessive consumption of electron and chemicals due to that could directly get the electron individually from the cathode and anode, and finally TTC could be completely degraded with low energy consumption (0.655 kWh m−3). This study provides new insights into the direct single electron activating PDS to produce non-radical H*/1O2 via core-shell catalytic MnFe3O4@PZS, and displays a promising application in wastewater treatment.
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