Fe-metal organic framework converts mechanical energy with piezoelectric polarization to remove carbamazepine in water: Efficiency, pathway and mechanism

压电 材料科学 超声 多孔性 金属有机骨架 化学工程 化学能 水溶液 机械能 极化(电化学) 纳米技术 化学 复合材料 有机化学 吸附 功率(物理) 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Qinqin Chen,Huiguang Wu,Jiayue Hu,Qinwen Tian,Dechun He,Gang Lü,Mingshan Zhu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:460: 141839-141839 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.141839
摘要

Piezocatalysis is a new technique that directly transforms mechanical energy into chemical energy. Although this approach can potentially be used to replace traditional water treatment methods, the structural tailorability and limited surface area of conventional inorganic piezoelectric materials restrict their catalytic efficiency. Herein, we employed a piezoelectric material made of an organic Fe-metal organic framework (MOFs) to purify water via piezocatalysis. We analyzed the physicochemical properties of MIL-100(Fe), including its piezoelectricity, bandgap structure, and charge separation efficiency. Carbamazepine (CBZ) was used as a representative aqueous drug pollutant, and MIL-100(Fe) removed 92 % of CBZ in 30 min via applying ultrasonication (US), which was 5.1 and 11.5 times higher than either the individual MIL-100(Fe) or US. The mechanical US stresses generated a built-in electric field in MIL-100(Fe) to promoted free charge migration, and also modulated the band structure of the sample. This promoted the production of reactive oxygen species. In this work, shows that porous piezoelectric nanostructures based on MOFs can convert mechanical energy into chemical energy to drive chemical oxidation processes.
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