Leveraging Polaron Effect for Solar‐driven Efficient Peroxymonosulfate Activation in Water Purification

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作者
Zhaosheng Li,Zecheng Yang,Xiaoming Xu,Zhonghua Li,Changhao Liu,Jingwen Jiang,Shiyu Zhang,Jiaming Miao,Wei Liu,Wangxi Liu,Zhigang Zou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202503901
摘要

Peroxymonosulfate (PMS) represents a promising advanced oxidation technique for the treatment of refractory pollutants; however, its application is limited by high costs resulting from excessive usage due to low activation efficiency. In this study, we formulated a sunlight‐driven Cu1‐Ov/TiO2 catalyst with surface electron polaron sites to activate PMS for the degradation of contaminants, achieving a record reaction rate of k=2.998 min−1 even with a low PMS dosage of 0.3 mM. The adsorption process and electron transfer kinetics were significantly enhanced with surface polaron sites in Cu1‐Ov/TiO2, which facilitated the activation of PMS and increased the reaction rate constant k by 29.1 times compared with that of TiO2/PMS under illumination. Additionally, we verified that light irradiation promotes transfer from the non‐free‐radical pathway to the efficient free‐radical pathway in mechanism of PMS activation. Our designed sunlight‐driven flow‐through PMS setup achieves a removal rate exceeding 90% for 7 days of outdoor operation at 3.2×102 L m−2 h−1, the feasibility of which is further proven in regions around the world by analysis of solar intensity. This study presents a demonstration of economical PMS application in water purification worldwide, with an estimated cost of 0.135 $/m3.
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