
转自Cell Press细胞出版社旗下期刊《Chem Catalysis》
https://doi.org/10.1016/j.checat.2025.101358
意义:
非均相类光-Fenton工艺是一种出色的水净化技术,但由于高能电子供应不足而导致的H2O2利用率的问题低仍然是一个瓶颈。作者提出了一种巧妙的设计来克服这一挑战,通过在非对称硅酸铜纳米管(CSNs)中创建富电子Cu(I)位点和缺陷结构来实现全光谱驱动的光-Fenton催化。本征电场和氧空位协同加速了光生电子的定向迁移,使Cu(I)不断再生以活化H2O2。同时,Cu(I)位点的强电子离域效应降低了其相邻桥接H位点的电子密度,大大提高了对H2O2的吸附,从而显著提高了H2O2的利用率,实现了全光谱照射下CSN催化的优异且持久的类-Fenton反应。
研究亮点:
•制备了含有丰富的氧空位和内建电场的非对称Janus硅酸铜纳米管。
•该纳米管能够利用光激发电子“自我补充”来补偿Cu(Ⅰ)位点的给电子能力。
•Cu(Ⅰ)位点的强电子离域增强了其相邻桥接H位点对H2O2的吸附,而空位缺陷极大地降低了H2O2的均裂自由能,从而在全谱照射下实现H2O2的高效活化。
摘要:
非均相光-Fenton催化是一种很有前途的高级氧化技术,但由于维持Fenton反应的电子供应不足,因此其反应动力学缓慢。作者提出了一种非对称结构设计策略,构建了Janus硅酸铜纳米管(CSN)并诱导产生了富电子Cu(Ⅰ)和氧空位缺陷(Vo)位点,它同时具有良好的全光谱太阳能吸收、H2O2吸附和催化活性。配位不对称诱导了氧空位相关的富电子Cu(I)位点和从Si-O向Cu-O亚层取向的本征电场,协同驱动了光激发电子来补偿Cu位点的给电子能力,从而显著增强了H2O2活化。Cu(I)位点的强电子离域效应增强了H2O2在其相邻桥接H位点上的吸附。H2O2解离能垒大大降低(0.912→0.264 eV),提高H2O2利用率(54%,几乎是传统催化剂的两倍)。CSN催化的类光-Fenton反应可产生持久的羟基自由基(·OH),对消除各类有机污染物具有优异的性能。

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