类Fenton过程中多相光催化H2O2的活化活性与反应中心原子的局域电子密度密切相关。然而,随机电荷转移引起的电子-空穴对的复合极大地限制了电子向活性中心的定向传输。
近日,南开大学展思辉报道了提出了一种通过调节Fe单位点的局域电子密度来促进类Fenton体系中H2O2转化的缺陷策略。
文章要点
1)研究人员以FeCl3和双氰胺为前驱体,采用简单的一步煅烧法首次合成了一系列Fe单原子催化剂,根据铁盐的量(x=0.5、1、2、4和8%的FeCl3),将催化剂命名为Fex/C3N4。对于工程氮空位(Nv),研究人员将Fex/CN样品在惰性气氛中进一步加热。所得到的空位缺陷工程化单原子催化剂命名为Fe1-Nv/CN。
2)EXAFS分析和密度泛函(DFT)计算结果表明,孤立的Fe单原子占据四坐标构型,并与邻近的N3c型氮空位结合。在光照下,工程化的氮空位可以作为电子陷阱,定向驱动光电子聚集在Fe单原子上。同时,高浓度电子密度在Fe位的形成显著提高了H2O2的转化效率。
3)结果表明,Fe1-Nv/CN对环丙沙星的催化降解效果比纯CN显著提高了18倍。因此,这项工作将为基于调节活性中心局部电子密度的H2O2高效活化催化剂的进一步开发提供了一定指导。
参考文献
Lina Su, et al, Regulating local electron density of iron single site by nitrogen vacancy for efficient photo-Fenton process, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202108937
https://doi.org/10.1002/anie.202108937