Photoexcited Hole‐Enabled Synthesis of Surface High‐Valent Cobalt‐Oxo Species with Water as the Oxygen Atom Source for Water Purification

钴 催化作用 化学 脱质子化 光化学 光催化 氧气 配体(生物化学) 金属 过渡金属 分解水 无机化学 离子 有机化学 生物化学 受体
作者
Ruidian Su,Zhen Liu,Jieshan Qiu,Nan Li,Xing Xu,Baoyu Gao,Qian Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (31): e202507085-e202507085 被引量:16
标识
DOI:10.1002/anie.202507085
摘要

Abstract High‐valent cobalt‐oxo species (Co IV ═O) are key intermediates in catalytic chemistry but suffer a great challenge in their efficient and mild synthesis due to the strong electronic repulsion between the cobalt center and the oxygen ligand. Herein, we report a new approach to synthesizing surface Co IV ═O on the Co 3 O 4 /BiVO 4 (CoBi) catalyst via a photoexcited hole‐induced process using water as the oxygen atom source. The interfacial Co 2+ ─O─Bi 3+ bonds act as the atomic‐level channels to directionally transport photoexcited holes driven by the internal electric field effect. It has been found that H 2 O was photolyzed to cobalt‐coordinated hydroxyls that were turned to Co IV ═O via a photoexcited hole‐induced deprotonation. The isotopic labeling experiments confirmed that the oxygen atom source of Co IV ═O was derived from water rather than chlorite. A synergistic effect was formed between photocatalysis and transition metal‐catalyzed chlorite activation, which enhanced the degradation of sulfadiazine (SDZ) and elevated the conversion ratio of chlorite to chlorine dioxide (ClO 2 ) from 40% to 60%. The present work has elucidated the essential role of H 2 O and photoexcited holes in the formation of Co IV ═O and provides a viable strategy to synthesize surface high‐valent metal species utilizing ubiquitous water and sunlight for water purification.
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