Single-Atom Mn–N 4 Catalyst with Electron-Rich O and S Self-Doping for Cooperative Nonradical and Radical Oxidation: Overlooked Nonmetal Heteroatomic Sites

非金属 催化作用 杂原子 兴奋剂 电子转移 化学 光化学 无机化学 材料科学 有机化学 金属 光电子学 戒指(化学)
作者
Xijun Fu,Qingming Zeng,Qingming Zeng,Yaowen Gao,Song Wei Lu,Yanjun Wen,Tao Cai,Qingsong Zhang,Chun Hu,Qingyi Zeng,Qingyi Zeng
出处
期刊:ACS ES&T engineering [American Chemical Society]
卷期号:4 (4): 903-914 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acsestengg.3c00502
摘要

Exploring the role of nonmetal heteroatoms doping in single-atom catalysts for peroxymonosulfate (PMS) activation is highly significant for understanding and developing PMS activators. Herein, a novel single-atom Mn (Mn–N 4 ) catalyst with electron-rich O, S self-doping (Mn SA –N–C O,S ) was synthesized via a facile and scalable impregnation-annealing method, which exhibited admirable capability to activate PMS for ibuprofen (IBU) degradation with a reaction constant as high as 0.225 min –1 (10.32 times higher than the carbon matrix). It was verified that Mn–N 4 played a strong adsorption capacity for PMS to facilitate the electron transfer (Mn 2+ /Mn 3+ cycle) for PMS activation via a nonradical process ( 1 O 2 dominated), and the electron-rich O, S active sites on the carbon skeleton made a joint contribution on IBU degradation via a radical process (·OH, SO 4 ·–, and O 2 ·– dominated). Under this cooperative activation system, the Mn SA –N–C O,S exhibited impressive environmental resistance and reusability for IBU removal, as well as universality toward various pollutants with considerable mineralization efficiency. This study provides new insights into the cooperative role of overlooked nonmetal heteroatoms in single-atom catalysts for PMS activation toward refractory organics degradation.
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