Iron 3D‐Orbital Configuration Dependent Electron Transfer for Efficient Fenton‐Like Catalysis

羊奶 化学 八面体 价(化学) 催化作用 电子转移 尖晶石 共价键 光化学 材料科学 结晶学 晶体结构 金属间化合物 冶金 合金 有机化学 生物化学
作者
Yijie Wu,Xin Wang,Tiantian She,Taozhu Li,Yunheng Wang,Zhe Xu,Xin Jin,Haiou Song,Shaogui Yang,Shiyin Li,Shicheng Yan,Huan He,Limin Zhang,Zhigang Zou
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (2) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/smll.202306464
摘要

Abstract Transition metals are excellent active sites to activate peroxymonosulfate (PMS) for water treatment, but the favorable electronic structures governing reaction mechanism still remain elusive. Herein, the authors construct typical d‐orbital configurations on iron octahedral (Fe Oh ) and tetrahedral (Fe Td ) sites in spinel ZnFe 2 O 4 and FeAl 2 O 4 , respectively. ZnFe 2 O 4 (136.58 min −1 F −1 cm 2 ) presented higher specific activity than FeAl 2 O 4 (97.47 min −1 F −1 cm 2 ) for tetracycline removal by PMS activation. Considering orbital features of charge amount, spin state, and orbital arrangement by magnetic spectroscopic analysis, ZnFe 2 O 4 has a larger bond order to decompose PMS. Using this descriptor, high‐spin Fe Oh is assumed to activate PMS mainly to produce nonradical reactive oxygen species (ROS) while high‐spin Fe Td prefers to induce radical species. This hypothesis is confirmed by the selective predominant ROS of 1 O 2 on ZnFe 2 O 4 and O 2 •− on FeAl 2 O 4 via quenching experiments. Electrochemical determinations reveal that Fe Oh has superior capability than Fe Td for feasible valence transformation of iron cations and fast interfacial electron transfer. DFT calculations further suggest octahedral d‐orbital configuration of ZnFe 2 O 4 is beneficial to enhancing Fe‐O covalence for electron exchange. This work attempts to understand the d‐orbital configuration‐dependent PMS activation to design efficient catalysts.
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