Rapid Laser-Induced Highly Dispersed and Ultrafine N-Doped Graphene-Wrapped FeCo2O4 Nanoparticles for Nearly 100% Utilization and Conversion of Peroxymonosulfate into Singlet Oxygen

催化作用 材料科学 单线态氧 纳米颗粒 石墨烯 碳化 氧气 化学工程 氧化物 电子转移 纳米技术 光化学 化学 冶金 复合材料 扫描电子显微镜 有机化学 工程类
作者
Liqin Chen,Jianjun Liao,Linlin Zhang,Chen Li,Shuhai He,Chengjun Ge
出处
期刊:ACS ES&T water [American Chemical Society]
卷期号:3 (2): 542-555 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsestwater.2c00563
摘要

Currently, catalysts with core–shell structures have an important role in catalytic performance and practical applications, but how to simplify the preparation method and a reasonable explanation of the activation mechanism are still lacking. In this work, we obtained highly dispersed and ultrafine laser-induced nitrogen-doped graphene-wrapped iron cobaltate (LI-FeCo2O4@NDG) catalysts by one-step carbonization of iron cobalt metal–organic framework (FeCo-MOF) precursors using a CO2 laser annealing technique under ambient conditions. An LI-FeCo2O4@NDG/peroxymonosulfate (PMS) system achieved a rapid degradation of sulfamethoxazole (SMX) with 92.2% degradation efficiency in 6 min. Meanwhile, LI-FeCo2O4@NDG exhibited low metal leaching (Co, 0.155 mg/L; Fe, 0.008 mg/L) and a high reaction rate constant (k = 0.413 min–1). Most importantly, the ability of the catalyst could achieve nearly 100% utilization and conversion of PMS to singlet oxygen (1O2). The activation mechanism may be explained that the electron pool and interfacial electric field formed by the LI-FeCo2O4@NDG with the core–shell structure could accelerate the electron supply and transfer to the PMS, facilitating the activation of PMS self-decomposition to produce more 1O2. Overall, this work is expected to open a new avenue for the construction of core–shell structures and a new insight for revealing its activation mechanism of PMS.
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