Spin state-dependent in-situ photo-Fenton-like transformation from oxygen molecule towards singlet oxygen for selective water decontamination

单线态氧 化学 光化学 氧气 吸附 分子 光催化 人体净化 石墨烯 纳米技术 材料科学 物理化学 废物管理 有机化学 催化作用 工程类
作者
Jingjing Jiang,Shengda Liu,Donglong Shi,Tongze Sun,Yakun Wang,Shaozhu Fu,Yansong Liu,Mingyu Li,Dandan Zhou,Shuangshi Dong
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:244: 120502-120502 被引量:80
标识
DOI:10.1016/j.watres.2023.120502
摘要

The development of 1O2-dominanted selective decontamination for water purification was hampered by extra H2O2 consumption and poor 1O2 generation. Herein, we proposed the reconstruction of Fe spin state using near-range N atom and long-range N vacancies to enable efficient generation of H2O2 and sequential activation of H2O2 into 1O2 after visible-light irradiation. Theoretical and experimental results revealed that medium-spin Fe(III) strengthened O2 adsorption, penetrated eg electrons to antibonding p-orbital of oxygen, and lowered the free energy of O2 activation, enabling the oxygen protonation for H2O2 generation. Thereafter, the electrons of H2O2 could be extracted by low-spin Fe(III) and rapidly converted into 1O2 in a nonradical path. The developed 1O2-dominated in-situ photo-Fenton-like system had an excellent pH universality and anti-interference to inorganic ions, dissolved organic matter, and even real water matrixes (e.g., tap water and secondary effluent). This work provided a novel insight for sustainable and efficient 1O2 generation, which motivated the development of new-generation selective water treatment technology.
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