Single‐Atom Iron Anchored Tubular g‐C3N4 Catalysts for Ultrafast Fenton‐Like Reaction: Roles of High‐Valency Iron‐Oxo Species and Organic Radicals

催化作用 激进的 Atom(片上系统) 材料科学 光化学 化学 有机化学 计算机科学 语言学 哲学 嵌入式系统
作者
Fei Chen,Lian‐Lian Liu,Jing‐Hang Wu,Xianhong Rui,Jie‐Jie Chen,Yan Yu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (31): e2202891-e2202891 被引量:265
标识
DOI:10.1002/adma.202202891
摘要

Abstract Single‐atom catalysts have emerged as an efficient oxidant activator for eliminating organic pollutants in Fenton‐like systems. However, the complex preparation, single active site, lack of understanding of the fundamental mechanism, and harsh pH conditions currently limit their practical applications. In this work, single‐atom iron anchored nitrogen‐rich g‐C 3 N 4 nanotubes (FeCNs) are designed and synthesized by a facile approach, and eco‐friendly peracetic acid (PAA) is selected as the oxidant for Fenton‐like reactions. The constructed heterogenous system achieves an enhanced degradation of various organic contaminants over a wide pH range of 3.0–9.0, exhibiting an ultrahigh and stable catalytic activity, outperforming equivalent quantities of pristine g‐C 3 N 4 by 75 times. The 18 O isotope‐labeling technique, probe method, and theoretical calculations demonstrate that the efficient catalytic activity relies on the high‐valency iron‐oxo species coupled with organic radicals generated by PAA. An increase in electron transport from the contaminant to the formed “metastable PAA/FeCN catalyst surface complex” is detected. A double driving mechanism for the tubular g‐C 3 N 4 regulated by a single Fe site and PAA activation is proposed. This work opens an avenue for developing novel catalysts with the coexistence of multiple active units and providing opportunities for significantly improving catalytic efficiency.
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