Tailoring d-band center of high-valent metal-oxo species for pollutant removal via complete polymerization

聚合 污染物 光化学 金属 材料科学 催化作用 猝灭(荧光) 化学 化学工程 聚合物 有机化学 工程类 物理 量子力学 荧光
作者
Hongzhi Liu,Xiao‐Xuan Shu,Mingjie Huang,Bingbing Wu,Jie‐Jie Chen,Xi‐Sheng Wang,LI Hui-lin,Han‐Qing Yu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 2327-2327 被引量:246
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46739-1
摘要

Abstract Polymerization-driven removal of pollutants in advanced oxidation processes (AOPs) offers a sustainable way for the simultaneous achievement of contamination abatement and resource recovery, supporting a low-carbon water purification approach. However, regulating such a process remains a great challenge due to the insufficient microscopic understanding of electronic structure-dependent reaction mechanisms. Herein, this work probes the origin of catalytic pollutant polymerization using a series of transition metal (Cu, Ni, Co, and Fe) single-atom catalysts and identifies the d -band center of active site as the key driver for polymerization transfer of pollutants. The high-valent metal-oxo species, produced via peroxymonosulfate activation, are found to trigger the pollutant removal via polymerization transfer. Phenoxyl radicals, identified by the innovative spin-trapping and quenching approaches, act as the key intermediate in the polymerization reactions. More importantly, the oxidation capacity of high-valent metal-oxo species can be facilely tuned by regulating their binding strength for peroxymonosulfate through d -band center modulation. A 100% polymerization transfer ratio is achieved by lowering the d -band center. This work presents a paradigm to dynamically modulate the electronic structure of high-valent metal-oxo species and optimize pollutant removal from wastewater via polymerization.
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