近日,我校威尼斯886699廉孜超特聘教授在国际化学领域顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed(德国应用化学)上发表了题为“原子分散Ag-Co光催化剂介导的光自芬顿反应对有机污染物的高效降解”(Photo-self-Fenton Reaction Mediated by Atomically Dispersed Ag-Co Photocatalysts toward Efficient Degradation of Organic Pollutants)的重要研究成果。廉孜超特聘教授为第一作者(唯一),与上海电力大学校长李和兴教授同为通讯作者,威尼斯886699为第一通讯单位。
有机工业废水的处理,关系到人类健康和社会可持续发展。对有机废水中的有毒有害的有机污染物进行高效处理,是该领域的重要主题。目前,传统的Fenton反应被广泛应用于有机废水的处理,其主要利用Fe2+与H2O2之间的氧化还原反应产生高氧化性能的活性氧物种(ROS),从而降解污染物。然而,由于缺乏有效的降解途径和活性位点的有效选择,光化学选择性氧化污染物并使其完全矿化,仍存在着巨大挑战。
通过原位生成H2O2来构筑光Fenton催化反应,为污染物处理提供了一条有效路径。为此,廉孜超等人使用高密度(Ag: 22 wt.%)原子分散的AgCo双位点嵌入石墨相氮化碳(AgCo-CN)光催化剂,提出了一种高效的光自Fenton反应,用于降解污染物。如图1所示,AgCo-CN中的Ag和Co双位点分别在加速光诱导电荷分离和形成自Fenton氧化还原中心方面起着关键作用,AgCo-CN具备有效的降解途径,活性氧(·OH和1O2)的协同作用实现了苯酚的完全矿化,AgCo-CN表现出优异的光催化降解性能和长期活性。该研究为设计高效的光催化剂光自Fenton反应奠定了基础,对于开发新型污水处理方法具有重要的借鉴意义。
图1. AgCo-CN光催化降解机理图
图2展示了部分实验结果。研究表明,Ag作为电子储层,有利于实现有效的光诱导电荷分离;调整Ag: Co摩尔比,发现Ag3Co2-CN在可见光下产生H2O2的量为最高(图2a)。对比了在3h反应条件下不同光催化剂的苯酚降解率(图2b),发现相较于CN、Co-CN及Ag-CN,AgCo-CN的苯酚降解率高达94%,分别为Co-CN、Ag-CN的1.8倍和1.2倍,并确定了相应的苯酚降解动力学(图2c)。进一步测试了光催化稳定性(图2d),发现经过5个循环之后,AgCo-CN光催化降解苯酚的活性基本保持不变,展现了优异的循环稳定性。此外,AgCo-CN可使苯酚完全矿化(反应7 h为97%),生成CO2和H2O (图2e)。基于实验结果与理论计算阐明了相关机理(图1),表明Ag和Co分别作为光生电子分离位点和芬顿反应的中心,羟基自由基(·OH)和单线态氧(1O2)的协同作用在降解污染过程中起到主要作用。
图2.光催化降解苯酚的部分实验结果
详细的实验结果与分析可参考原文
文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202318927
课题组主页:https://www.x-mol.com/groups/Lian_Zichao
作者介绍:
廉孜超,威尼斯886699特聘教授,上海市海外高层次人才、上海市东方学者特聘教授、浦江人才和日本JSPS特别研究员,独立课题组PI。以第一作者或通讯作者发表SCI论文26篇,包括Nat. Sustain.、Nat. Commun.、JACS(2篇)、Angew、Appl. Catal. B-Environ.(5篇)、Adv. Funct. Mater.(4篇)、Chem Catalysis、ACS Nano等,共发表SCI论文39篇。获上海市自然科学二等奖,主持国家自然科学基金项目1项、上海市人才项目2项和上海市基金2项等。