High-valent cobalt-oxo species triggers singlet oxygen for rapid contaminants degradation along with mild peroxymonosulfate decomposition in single Co atom-doped g-C3N4

化学 单线态氧 分解 氧化还原 降级(电信) 光化学 单重态 氧气 反应机理 催化作用 无机化学 有机化学 激发态 电信 物理 计算机科学 核物理学
作者
Yixiao Zou,Jie Li,Jie Li,Jie Tan,Lai Lyu,Shangyi Li,Yuhui Wang,Yong Lu,Xiaobiao Zhu,Tingting Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:471: 144531-144531 被引量:75
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.144531
摘要

Tailoring the interfacial reaction pathway and low consumption strategy for the high efficiency Fenton-like processes is environmentally desirable but still challenging. Herein, single Co atom-doped g-C3N4 was prepared for peroxymonosulfate (PMS) activation to reveal the interfacial reaction of high-valent cobalt-oxo species [Co(IV) = O] to singlet oxygen (1O2) and construct an energy efficient Fenton-like system. Experimental results showed that the system could achieve 99.6% carbamazepine removal with kobs of 0.355 min−1, while the decomposition of PMS was mild (0.0988 and 0.00917 min−1 in 0–2 and 2–30 min, respectively). Mechanistic studies revealed the reaction of Co(IV) = O to 1O2, which moderated the reduction of Co sites, thus slowing the decomposition rate of PMS. But the synergistic effect of 1O2 and Co(IV) = O maintained the high activity of the system. Combined with first-principles calculations, the optimal evolution path of PMS was PMS → OH*→Co(IV) = O → OO*→1O2, accompanied by the Co(II)/Co(III)/Co(IV) redox cycle. The work proposed a new interfacial reaction in term of Co(IV) = O triggered 1O2 generation, resulting in the construction of an energy-efficient Fenton-like system and provided a novel idea for the development of efficient and low consumption water purification technology.
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