MIL-101(FeII3,Mn) with dual-reaction center as Fenton-like catalyst for highly efficient peroxide activation and phenol degradation

催化作用 过氧化物 降级(电信) 化学 过氧化氢 对偶(语法数字) 芬顿反应 苯酚 中心(范畴论) 光化学 化学工程 有机化学 计算机科学 结晶学 艺术 工程类 文学类 电信
作者
Peipei Huang,Qing Chang,Guodong Jiang,Keru Xiao,Xu Wang
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:306: 122582-122582 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2022.122582
摘要

Schematic for the reaction mechanism in MIL-101(Fe II 3 ,Mn)/H 2 O 2 /phenol system. • Novel Fenton-like catalyst MIL-101(Fe II 3 ,Mn) was fabricated. • Fe 2+ substitution constructed the mix-valence of Fe(III)/Fe(II). • Dual-reaction centers was formed via π→cations. • Electronegativity difference enhanced the electron-rich Fe micro-region. • Superior catalytic activity and highly efficient H 2 O 2 activation were achieved. Metal organic frameworks are important Fenton-like materials in environment remediation. Nevertheless, the slow Fe(III)/Fe(II) cycling and low H 2 O 2 utilization limit their application. In this study, we develop the ferrous bimetallic MIL-101(Fe II 3 , Mn), which significantly enhanced catalytic performance (5.8 and 31.4-fold higher phenol removal rate and apparent rate constant, respectively) compared with the original MIL-101(Fe). The mechanisms are fully investigated by XPS, EPR and DFT. The Fe 2+ substitution affords the mixed-valences of Fe(III)/Fe(II) in the frameworks, which serve as stronger sites for H 2 O 2 activation. Mn in MIL-101(Fe II 3 , Mn) can also function as another reaction center to activate H 2 O 2 . Catalysts could coordinate with the π–electrons of pollutants, resulting in the electron transfer from pollutants to MIL-101(Fe II 3 , Mn). Moreover, electrons around Mn atoms tends to transfer to the region of Fe atoms owing to the electronegativity difference, inducing to strengthen the electron-rich Fe micro-region. Therefore, H 2 O 2 was primarily adsorbed onto electron-rich regions where it would be efficiently reduced to •OH, contributing to a higher H 2 O 2 utilization (81.2%). This study opens new insight into design of Fe-based MOFs as highly efficient Fenton-like catalysts in wastewater treatment.
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