Energy‐Efficient Electro‐Fenton Oxidation Enabled by CoCu Dual‐Atom Catalysts with High Oxygen Utilization

催化作用 双酚A 氧气 选择性 化学 串联 化学工程 活化能 甲烷氧化偶联 材料科学 氧化还原 分子氧 联轴节(管道) 无机化学 过程(计算) 反应速率常数 原位 污染物 燃料电池 反应条件 组合化学 催化重整 能量转换 纳米技术 反应机理
作者
Wenxin Sun,Guoshuai Liu,Hua Zou,Shaobin Wang,Xiaoguang Duan,Shijie You
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202519275
摘要

Abstract The Electro‐Fenton (EF) technique offers a promising strategy for recalcitrant organic pollutant removal by coupling the two‐electron oxygen reduction reaction (2e – ORR) for H 2 O 2 synthesis with its subsequent activation to •OH via one‐electron (1e – ) reduction. To address the distinct favorable active sites and mismatched selectivity between 2e – ORR and 1e – H 2 O 2 activation, we develop an integrated 2 + 1e – tandem ORR catalyst with CoCu diatomic pairs (CoCu‐DACs‐CN) and cyano modification to improve oxygen capture and utilization efficiency (OUE, 39.8%). The CoCu‐DACs‐CN‐based EF system achieves 100.0% of bisphenol A (BPA) in 40.0 min with a high‐rate constant of k = 0.57 min −1 . Theoretical calculations indicate that the −CN moieties in CoCu‐DACs‐CN greatly facilitate O 2 adsorption, which further migrates to the Co site to proceed 2e – ORR with a reduced energy barrier. The generated H 2 O 2 spontaneously migrates to the surrounding Cu site for in situ activation to generate •OH. Long‐term operation of a CoCu‐DACs‐CN‐equipped flow‐cell device that maintains 100.0% bisphenol A removal even without O 2 /air pumping. Technoeconomic analysis indicates that the CoCu‐DACs‐CN‐based EF process effectively reduced electrical energy consumption by 74.4%, demonstrating its promise for energy‐efficient wastewater treatment.
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