Electrocatalytic Generation of Singlet Oxygen via ROS-Mediated Redox Chain Reaction for Efficient Disinfection

单线态氧 氧化还原 化学 活性氧 光化学 连锁反应 电催化剂 氧气 组合化学 电化学 无机化学 生物化学 电极 有机化学 物理化学
作者
Hao Shi,Tianming Wu,Meilin Duan,Jinping Yu,Miao Liu,Xueyun Wen,Lupeng Wang,Yuanhong Xu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (23): 6939-6947 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c01128
摘要

The risk of harmful microorganisms to ecosystems and human health has stimulated exploration of singlet oxygen (1O2)-based disinfection. It can be potentially generated via an electrocatalytic process, but is limited by the low production yield and unclear intermediate-mediated mechanism. Herein, we designed a two-site catalyst (Fe/Mo-N/C) for the selective 1O2 generation. The Mo sites enhance the generation of 1O2 precursors (H2O2), accompanied by the generation of intermediate HO2/O2-. The Fe site facilitates activation of H2O2 into OH, which accelerates the HO2/O2- into 1O2. A possible mechanism for promoting 1O2 production through the ROS-mediated chain reaction is reported. The as-developed electrochemical disinfection system can kill 1 × 107 CFU mL-1 of E. coli within 8 min, leading to cell membrane damage and DNA degradation. It can be effectively applied for the disinfection of medical wastewater. This work provides a general strategy for promoting the production of 1O2 through electrocatalysis and for efficient electrochemical disinfection.
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