Efficient activation of peroxymonosulfate by Mn single-atom: Critical role of Mn-N4 coordination for generating singlet oxygen

催化作用 化学 单线态氧 浸出(土壤学) 水溶液 碳化 金属 光化学 配体(生物化学) 无机化学 氧气 吸附 物理化学 有机化学 生物化学 环境科学 受体 土壤科学 土壤水分
作者
Jia Yan,Yanyan Chen,Yinghao Xue,Jianwei Fan
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:335: 126129-126129 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.126129
摘要

Single-atom catalysts with high catalytic efficiency and simple preparation methods are critical for activation of peroxymonosulfate (PMS) to degrade emerging contaminants in aqueous solution. Herein, manganese single-atom nitrogen-doped carbon catalyst (SA-Mn-NC) was synthesized by precisely controlled catalytic carbonization using small-molecule organic compounds as precursors, and Mn was uniformly dispersed in a single-atom state and existed in the ligand structure of Mn-N4. Thus, the SA-Mn-NC had considerable catalytic activity and can realize 100% bisphenol A degradation within 3 min with kobs of 1.56 min−1, which was 4.7 and 9.2 times higher than that of NC (0.33 min−1) and Mn-NC (0.17 min−1). Moreover, SA-Mn-NC has excellent environmental adaptability, negligible metal leaching concentration, good cycling stability, and selectivity to electron-rich compounds. EPR tests, quenching experiments, electrochemical measurements, and selective degradation results together confirmed that singlet oxygen (1O2) was the main active species in the SA-Mn-NC/PMS system. The coupled N-active sites of Mn-N4 contribute to the efficient activation of PMS to generate 1O2 and achieve high catalytic turnover frequency. This work provides a simple strategy for the preparation of single-atom catalysts with considerable PMS catalytic efficiency and negligible metal leaching toxicity, which is of guiding importance for the design of single-atom catalysts for high-efficiency water treatment.
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