Co3O4 with upshifted d-band center and enlarged specific surface area by single-atom Zr doping for enhanced PMS activation

兴奋剂 化学 Atom(片上系统) 中心(范畴论) 纳米技术 材料科学 结晶学 工程类 光电子学 嵌入式系统
作者
Hang Zhang,Qi An,Yan Su,Xie Quan,Shuo Chen
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:448: 130987-130987 被引量:92
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.130987
摘要

In this work, single-atom Zr doping is demonstrated to be an effective strategy to enhance the catalytic performance of Co3O4 toward peroxymonosulfate (PMS) by modulating electronic structure and enlarging specific surface simultaneously. The d-band center of Co sites upshifts owing to different electronegativity of Co and Zr in the bonds of Co-O-Zr confirmed by density functional theory calculations, leading to enhanced adsorption energy of PMS and strengthened electron transfer from Co(II) to PMS. The specific surface area of Zr-doped Co3O4 increases by 6 times due to the decrease of crystalline size. Consequently, the kinetic constant of phenol degradation with Zr-Co3O4 is 10 times higher than that with Co3O4 (0.31 vs. 0.029 min−1). The relative surface specific kinetic constant of Zr-Co3O4 for phenol degradation is still 2.29 times higher than that of Co3O4 (0.00660 vs. 0.00286 g m−2 min−1). In addition, the potential practical applicability of 8Zr-Co3O4 was also confirmed by practical wastewater treatment. This study provides deep insights into modifying electronic structure and enlarging specific surface area to enhance the catalytic performance.
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