Electron-Localized Active Sites Enable Sustainable 1,2-DCA Dechlorination to Ethylene by Zero-Valent Iron

乙烯 选择性 化学 卤化 键裂 环境修复 惰性 脱氯作用 组合化学 催化作用 光化学 化学工程 氢键 氧化还原 劈理(地质) 纳米技术 有机化学 环境友好型 地下水修复 电子传输链 电子供体 氯化溶剂 材料科学 工作(物理) 惰性气体
作者
Li Gong,Ke Pan,Zekun Zhao,Yuqing Zhang,Yang Wang,Yang Mu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:60 (11): 8811-8822 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c15884
摘要

The reductive transformation of persistent halogenated alkanes, such as 1,2-dichloroethane (1,2-DCA), presents a long-standing challenge. Achieving rapid cleavage of the inert C–Cl bond of 1,2-DCA requires forceful electron transfer, but this often accelerates competing hydrogen evolution and ethylene overhydrogenation, undermining the electron efficiency, product selectivity, and long-term stability. Here, we report a mechanochemically engineered zero-valent iron (ZVI) functionalized with electron-localized O–CoN 4 sites that reconciles this conflict of interest, using cobalt tetramethoxyphenylporphyrin as the Co precursor. This architecture maximizes the utilization of Co atoms, resulting in a Co-normalized dechlorination rate 2 to 40 times superior to those of reported benchmarked ZVIs. Spectroscopic and computational analyses reveal that electron accumulation at the Co center reduces the C–Cl bond cleavage barrier while creating proton-limited microenvironments that suppress hydrogen evolution and stabilize ethylene against further reduction. Consequently, the material achieves a 144-fold improvement in electron efficiency and a 65-fold enhancement in ethylene selectivity compared to pristine ZVI. Crucially, the system maintained activity and selectivity under continuous-flow operation and 100 day aging in real groundwater, consistently reducing 1,2-DCA below regulatory thresholds. This work provides a mechanochemically engineered strategy for the selective dehalogenation of halogenated alkanes, advancing sustainable remediation of halogenated pollutants.
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