Z-Scheme CdS/Fe-MOF Heterojunctions Enabling Efficient Photo-Fenton Reactions through In Situ H2O2 Production

原位 异质结 方案(数学) 生产(经济) 材料科学 降级(电信) 化学工程 化学 光电子学 计算机科学 数学 电信 有机化学 数学分析 工程类 经济 宏观经济学
作者
Lu Zhang,Jianhao Qiu,Zongpeng Zou,Shengwei Tang,Wenxiang Tang
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:64 (40): 19676-19683
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.5c02470
摘要

This work demonstrates the rational design of a Z-scheme CdS/Fe-MOF heterojunction for photo-Fenton processes utilizing in situ generated H2O2 under visible light. The photocatalysts were synthesized by depositing CdS nanoparticles onto MIL-53(Fe), optimizing interfacial charge transfer and light absorption, and ensuring effective spatial segregation of photogenerated carriers, thereby maintaining robust redox potentials. The modified CdS/Fe-MOF exhibited exceptional catalytic performance, achieving 92% degradation of 40 mg·L–1 tetracycline within 15 min, surpassing pure CdS (43%) and MIL-53(Fe) (30%) by factors of 2.3 and 3.3, respectively. Mechanistic studies identified on-site H2O2 generation through two-step oxygen reduction (236 μmol·L–1) and its subsequent activation by Fe3+/Fe2+ cycling to produce ·OH as key pathways, with h+, ·O2–, 1O2, and ·OH collectively driving pollutant degradation. The prepared photocatalysts demonstrated remarkable stability (>90% efficiency after five cycles) and structural integrity, attributed to the robust heterojunction interface. This study provides deep insight into designing Z-scheme photo-Fenton catalysts and advancing sustainable wastewater treatment.
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