Low-coordinated Co-N3 sites induce peroxymonosulfate activation for norfloxacin degradation via high-valent cobalt-oxo species and electron transfer

化学 催化作用 电子转移 降级(电信) 氧化剂 光化学 无机化学 有机化学 计算机科学 电信
作者
Caiyun Wang,Xiaoxia Wang,Hu Wang,Lijie Zhang,Yonghao Wang,Chung‐Li Dong,Yucheng Huang,Peng Guo,Rongsheng Cai,Sarah J. Haigh,Xianfeng Yang,Yuanyuan Sun,Dongjiang Yang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:455: 131622-131622 被引量:156
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131622
摘要

The identification of reactive species in peroxymonosulfate (PMS) activation triggered by carbon-based single atom catalysts is the key to reveal the pollutant degradation mechanism. Herein, carbon-based single atom catalyst with low-coordinated Co-N3 sites (CoSA-N3-C) was synthesized to active PMS for norfloxacin (NOR) degradation. The CoSA-N3-C/PMS system exhibited consistent high performance for oxidizing NOR over a wide pH range (3.0–11.0). The system also achieved complete NOR degradation in different water matrixes, high cycle stability and excellent degradation performance for other pollutants. Theoretical calculations confirmed that the catalytic activity was derived from the favorable electron density of low-coordinated Co-N3 configuration, which was more conductive to PMS activation than other configurations. Electron paramagnetic resonance spectra, in-situ Raman analysis, solvent exchange (H2O to D2O), salt bridge and quenching experiments concluded that high-valent cobalt(IV)-oxo species (56.75%) and electron transfer (41.22%) contributed dominantly to NOR degradation. Moreover, 1O2 was generated in the activation process while not involved in pollutant degradation. This research demonstrates the specific contributions of nonradicals in PMS activation over Co-N3 sites for pollutant degradation. It also offers updated perceptions for rational design of carbon-based single atom catalysts with appropriate coordination structure.
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