Bioinspired architected catalyst for efficient water purification: Bridging reactivity, reusability, and catalytic component utilization

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作者
Xirui Zhou,Songyan Zhang,Hanzheng Xing,Ni Yan,Xia Huang,Xuan Zhang,Xiaoyuan Zhang,Xiaoyan Li
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (32): eaeb0624-eaeb0624 被引量:1
标识
DOI:10.1126/sciadv.aeb0624
摘要

Achieving highly efficient water purification remains a formidable challenge due to intricate coupling among catalytic efficiency, mechanical robustness, and mass transport. Here, we create a bioinspired architected catalyst featuring microscale shell-based frameworks with atomically dispersed Mn-N 4 sites, fabricated by digital light processing and ultrasonic decoration. Their synergy—where the starfish- and bone-inspired architecture minimizes stress concentration for reusability and enhances pollutant-site contact for mass transport, while the Mn-N 4 sites facilitate •OH-mediated oxidation—collectively amplifies overall performance beyond the contributions of either component alone. Compared with conventional pellet catalysts, the architected catalyst exhibits a 22.1-fold increase in strength and a 4.56-fold increase in normalized reaction kinetics, resulting in more than 95% degradation with 0.08% active component consumption. It occupies the previously unattained region in the catalytic efficiency ( K value) versus metal utilization (active component content) diagram of reported powder and supported catalysts. This work demonstrates a generalizable strategy for designing catalysts that unite reactivity, reusability, and catalytic component utilization.
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