One Heterogeneous Catalyst Drives Two Selective Fenton-like Reaction Modes for Sustainable Water Decontamination

人体净化 催化作用 化学 环境化学 废物管理 环境科学 化学工程 工程类 有机化学
作者
Yang Tian,Min Chen,Jiejie Li,Zhiyuan Feng,Shihua Zou,Shun Mao,Ziqi Tian,Hongying Zhao
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (16): 8155-8166 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c13436
摘要

Heterogeneous Fenton-like reactions based on nonradical reactive oxygen species (ROS) are desirable for selective water decontamination, and different pollutants coexisting in real scenarios necessitate a rational combination of multiple ROS for efficient and sustainable decontamination. However, the general one-catalyst-for-one-ROS strategy toward selective ROS generation inevitably renders the combinational process lengthy and cost ineffective. Herein, we developed a new approach to enable the separate but selective generation of two distinct ROS in one catalyst via peroxymonosulfate activation. The unique catalyst is comprised of a graphitic layer bottom-wrapped Fe@Fe3C encapsulated inside nitrogen-doped carbon nanotubes. The Fe3C shell facilitates selective formation of surface-bound FeIV═O with up to 96.0% selectivity, and the applied electric field could switch ROS generation toward free 1O2 with 90.5% selectivity, as enabled by C atoms adjacent to graphite N. One dual-site catalyst enables both high cumulative concentration for FeIV═O and 1O2 up to 16605 and 7674 μM at 30 min, respectively. Based on such a simple electricity on/off switch mode, a tandem process operated in one unit was proposed to efficiently degrade mixed pollutants of distinct adsorption properties. This study presents a simple but very effective strategy to modulate selective ROS generation that simplifies tandem Fenton-like systems for sustainable water decontamination.
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