Synchronous Electronic and Structural Modulation of Interlayer Nanoconfined Cu Single‐Atom/MXene Nanochannels for High‐Efficiency Micropollutant Removal

材料科学 催化作用 吸附 离域电子 电子转移 化学物理 化学工程 Atom(片上系统) 纳米技术 析氧 分子动力学 光化学 物理化学 计算化学 化学 电化学 有机化学 电极 嵌入式系统 工程类 计算机科学
作者
Zhouyao Wang,Hongwei Bai,J. Yang,Zhimin Ao,Darren Delai Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (3) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.202513178
摘要

Abstract Single‐atom catalysts (SACs) offer high catalytic reactivity for micropollutant removal but often suffer from limited oxidant utilization and slow mass transport. Here, we confines Cu single atoms within the interlayer nanochannels of MXene to achieve structural and electronic modulation of the catalytic system. The resultant Cu‐SACs/MXene nanochannel achieved 94.9% bisphenol A removal within 5 min, with a 3.2‐fold faster rate than conventional systems. Structurally, the interlayer nanochannels enriched reactants and shortened their diffusion paths, as revealed by molecular dynamic simulations. Electronically, atomically dispersed Cu induced local electron delocalization, while interlayer confinement further promoted interfacial charge transfer. This enhanced peroxymonosulfate utilization via stronger adsorption and a lower energy barrier for generating reactive oxygen species, as confirmed by theoretical calculation. This study establishes a mechanistic framework for interlayer confinement‐enhanced SACs and provides a scalable platform for addressing emerging micropollutants, contributing to the advancement of clean water access under the Sustainable Development Goals.
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