Enhancing 1 O 2 Generation Performance by Regulating C and N Coordination for Efficient Fenton‐Like Catalytic Process

催化作用 选择性 化学 吸附 降级(电信) 电泳剂 单线态氧 Atom(片上系统) 电子转移 光化学 氧气 无机化学 物理化学 有机化学 嵌入式系统 电信 计算机科学
作者
Shuangli Li,Yu Zhang,Jiti Zhou,Sen Qiao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (15): e2411230-e2411230 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202411230
摘要

Singlet oxygen (1O2), a vital reactive species, exhibits excellent organic pollutant degradation selectivity in Fenton-like reactions. Recognizing and controlling the structure-activity relationship of single-atom catalysts (SACs) is essential to achieving the highly efficient and selective generation of 1O2 for various practical applications. Here, three iron single-atom catalysts with different coordination configurations (FeSAC─N4, FeSAC─N3-C1, and FeSAC─N2─C2) are prepared to modulate the selective generation of 1O2 by activating peroxymonosulfate (PMS). Replacing N coordinated to Fe atoms with C increases 1O2 selective generation thus enhancing the Fenton-like reaction activity. Specifically, FeSAC─N2─C2 presents the optimal catalytic activity, high stability, and environmental tolerance. Moreover, the 1O2 selectivity increases as the N coordination number decreases, which is in the order of FeSAC─N4 (73%) < FeSAC─N3─C1 (82%) < FeSAC─N2─C2 (90%). DFT calculations demonstrate that replacing N with C enhances the electrophilicity and electron transfer capacity, optimizes the d-band center, facilitates reactant adsorption, and reduces the energy barrier, thus facilitating 1O2 production and enhancing the Fenton-like reaction activity. This study reveals the underlying catalytic trends and mechanisms of catalyst structure-activity relationships for high selective generation of 1O2 by PMS activation, thus providing guidance for developing catalysts capable of highly selective organic pollutant degradation.
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