Noncovalent hybridization of Fe single-atom with biochar for highly efficient peroxymonosulfate activation: Built-in electric field-driven radical and non-radical processes

化学 催化作用 共价键 电子转移 掺杂剂 激进的 电负性 离域电子 Atom(片上系统) 光化学 材料科学 兴奋剂 有机化学 计算机科学 光电子学 嵌入式系统
作者
Shu Fang,Yiyang He,Xiaochuang Cao,Yaru Li,Lin Gu,Wei Mao,Boyang Wang,Hanlin Zhang
出处
期刊:Journal of environmental chemical engineering [Elsevier BV]
卷期号:12 (3): 112584-112584 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.jece.2024.112584
摘要

A non-covalent hybridisation method was used to manipulate the electron transfer from BC to an iron monoatomic catalyst (SA Fe-N-C) using biochar (BC) as a dopant. By optimizing the mass proportion of BC to SA Fe-N-C during co-pyrolysis, the stack structure of two componants was successfully fabricated. The built-in electric field (BIEF) is induced by the defect position of graphite carbon structure in BC and the electron-withdrawing nitrogen atom in SA Fe-N-C. The electron transport road from BC to SA Fe-N-C was established by using the BIEF between the interfaces. As a result, the non-covalent stack of BC/SA Fe-N-C rendered a promising way in activating peroxymonosulfate (PMS), and meanwhile exhibited superior stability concerning their robust geometric skeleton. The degradation experiments showed that the degradation efficiency of the composite was increased to 91% compared with that of the pristine SA Fe-N-C (69%) at a extremely higher concentration of TC (20 mg/L). Based on theoretical calculations and in-situ detections, it was found that the PMS activation follows the route of generating radicals (SO4•–,•OH) and non-radical (1O2, Fe(V)=O). The presence of the BIEF accelerated the electron delocalization, driving the electrons transfer for Fe(III)/Fe(II) and Fe(V)=O/Fe(III) recycle. The present study offer a new pathway for the synergistic PMS activation by combing single atom catalysts and biochar.
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