Bipyridinic Iron Single Atom in Metal–Organic Frameworks as Electronic Pump of H 2 O 2 for Continuous Water Decontamination

材料科学 人体净化 金属有机骨架 金属 Atom(片上系统) 纳米技术 化学工程 无机化学 物理化学 冶金 废物管理 吸附 计算机科学 工程类 嵌入式系统 化学
作者
Limin Duan,Huihao Jiang,Borui Cai,Jiali Wang,Wenhao Wu,Daohui Lin,Kun Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (52) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adfm.202509337
摘要

Abstract Although Fenton‐like reaction has emerged as a promising water decontamination technology, the electron scarcity and instability of H 2 O 2 for hydroxyl radicals ( · OH) generation still remain a fundamental challenge. Considering organic pollutants as an electron reservoir, this work cleverly designs an electronic pump of H 2 O 2 , i.e., bipyridinic iron single atom (BPY‐Fe), into metal–organic frameworks, by using an anchored ligand. In situ experiment and theoretical calculation reveal that the adsorbed H 2 O 2 on Fe sites can induces intramolecular electron transfer of BPY‐Fe to form BPY organic radical ( · BPY + ), which · BPY + ‐Fe sites can capture single electron of organic pollutants and further unidirectionally transport it to H 2 O 2 , accompanying with pollutant polymerization on catalyst surface, greatly decreasing H 2 O 2 consumption. Meanwhile, organic pollutant greatly boosts · OH generation and inhibit the side reaction of H 2 O 2 losing electron in · BPY + ‐Fe directed Fenton‐like reaction, significantly increasing H 2 O 2 utilization efficiency. Benefiting from BPY‐Fe electronic pump, the constructed Fenton‐like catalyst exhibits both superior activity and long‐term stability, delivering higher reaction rate constant ( k N = 56–100 min −1 /M H2O2) for bisphenol A, p‐chlorophenol, phenol and tetracycline degradation with lower H 2 O 2 usage than reported Fenton‐like catalyst ( k N = 0.2–40 min −1 /M H2O2 , and achieving over 90% bisphenol A degradation efficiency for 10 h operation of continues‐flow reactor.
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