A novel scheme to improve the photo-Fenton performance of iron oxychloride by carbon: Three existent states and roles of carbon in the degradation of tetracycline in water

碳纤维 吸附 化学 光化学 化学工程 催化作用 材料科学 无机化学 物理化学 有机化学 复合材料 复合数 工程类
作者
Lina Wang,Hanpei Yang,Yuankun Yang,Zuming He
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:641: 916-928 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.03.113
摘要

The photo-Fenton process is promising for sincerely treating contaminated water. In this work, carbon-decorated iron oxychloride (C-FeOCl) is synthesized as a photo-Fenton catalyst for removing tetracycline (TC) from water. Three actual states of carbon are identified and their different roles in enhancing photo-Fenton performance are revealed. All carbon on/in FeOCl, including graphite carbon, carbon dots and lattice carbon, enhance visible light adsorption. More importantly, a homogeneous graphite carbon on the outer surface of FeOCl accelerates the transportation-separation of photo-excited electrons along the horizontal direction of FeOCl. Meanwhile, the interlayered carbon dots offer a FeOC bridge in helping the transportation-separation of photo-excited electrons along the vertical direction of FeOCl. In this way, C-FeOCl acquires isotropy in conduction electrons to ensure an efficient Fe(II)/Fe(III) cycle. These interlayered carbon dots extend the layer spacing (d) of FeOCl to about 1.10 nm, exposing the internal iron centers. The lattice carbon significantly increases the amounts of coordinatively unsaturated iron sites (CUISs) in activating hydrogen peroxide (H2O2) to hydroxyl radical (OH). Density functional theory (DFT) calculations confirm this activation on inner and external CUISs with a significantly low activation energy of about 0.33 eV.
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