Surface FeIV═O Induced Highly Selective Phenol Polymerization via Proton-Coupled Electron Transfer

化学 电子转移 聚合 苯酚 光化学 部分 零价铁 选择性 质子 聚合物 催化作用 有机化学 量子力学 物理 吸附
作者
Meiqi Li,Cancan Ling,Long Zhao,Lufa Hu,Hao Li,Lizhi Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (34): 31165-31174 被引量:24
标识
DOI:10.1021/jacs.5c09972
摘要

Organic polymerization offers a sustainable alternative for water decontamination and resource recovery; however, its popularization is bottlenecked by the unsatisfactory selectivity of traditional electron transfer processes. In this study, we demonstrate that surface high-valent iron-oxo species (≡FeIV═O) on nanoscale zerovalent iron (nZVI), characterized by an unoccupied dz2 orbital and a terminal-oxo moiety, can realize highly efficient phenol recovery via a proton-coupled electron transfer (PCET) pathway for phenol transformation into phenoxyl radicals with final polymers of 3231 g mol–1 in average molecular weight and an impressive polymeric selectivity of 92.6%, surpassing those reported in free radical-/catalyst-oxidant complex-based systems driven by electron transfer (below 77.0%). This PCET-induced polymerization was facilitated by the hydrogen bond formed between ≡FeIV═O and phenol, and kinetically obeyed a dual descriptor model comprising pKa and vertical ionization potential, as unveiled by using representative para-substituted phenolic compounds. Furthermore, the high-performance treatment of real phenol wastewater in continuous-flow operations underscores the significant potential of ≡FeIV═O for sustainable water decontamination. This study proposes a prospective strategy for pollutant removal and highlights the significance of ≡FeIV═O in resource utilization through selective organic polymerization.
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