Enhancing Reactive Oxygen Species Generation and Pollutant Adsorption in Advanced Oxidation Processes with Cation Vacancy‐Driven Dual‐Site Mn 2 SiO 4 Catalysts

催化作用 氧化剂 单线态氧 吸附 材料科学 污染物 矿化(土壤科学) 氧气 光化学 纳米材料基催化剂 协同催化 氧化还原 无机化学 析氧 化学工程 金属 环境污染 激进的 化学 环境修复 产量(工程) 罗丹明B 活性氧 反应速率常数 环境化学 活化能 多相催化 密度泛函理论
作者
Junhao Wang,Xinru Xu,Zhiwei Peng,Guochen Kuang,W. Ke,Haiyuan Wang,Weiqiang Lv,Sihui Zhan,Yi Li,Zhen Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (2): e13231-e13231 被引量:7
标识
DOI:10.1002/adma.202513231
摘要

Abstract Catalytic advanced oxidation processes (AOPs) have emerged as a promising strategy for the near‐complete mineralization of all‐organic pollutants via the strong oxidizing power of reactive oxygen species (ROS). However, practical implementation is hindered by the low ROS generation yield owing to insufficient catalytically active sites and ineffective utilization stemming from transient radical lifetimes. Herein, cation vacancy‐engineered manganese silicate (V‐Mn 2 SiO 4 ) catalysts comprising dual reaction sites are presented, which enable the highly efficient oxidation of recalcitrant organic pollutants through the activation of peroxymonosulfate. Experimental results and density functional theory calculations confirm that Mn sites adjacent to vacancies serve as the primary active centers for peroxymonosulfate activation, whereas adjacent O sites facilitate pollutant adsorption. This dual‐site configuration effectively lowers the activation energy barrier and enhances peroxymonosulfate activation and singlet oxygen ( 1 O 2 ) generation while optimizing the 1 O 2 migration distance via pollutant adsorption and enrichment. The rate constants of V‐Mn 2 SiO 4 against rhodamine B and 2,4‐dichlorophenol pollutants are 1.171 and 0.1291 min −1 , respectively, which are comparable to those reported for atomically dispersed metal nanocatalysts in AOPs. This discovery marks a breakthrough in AOPs, accelerating their practical application in environmental remediation and advancing sustainable pollution control technologies.
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