How MoS2 assisted sulfur vacancies featured Cu2S in hollow Cu2S@MoS2 nanoboxes to activate H2O2 for efficient sulfadiazine degradation?

电子顺磁共振 催化作用 食腐动物 化学 核化学 吸附 激进的 产量(工程) 硫黄 物理化学 材料科学 有机化学 核磁共振 物理 冶金
作者
Haojie Zhang,Lin Deng,Jiahe Chen,Yuting Zhang,Minghui Liu,Ying Han,Yufeng Chen,Hanxuan Zeng,Zhou Shi
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:446: 137364-137364 被引量:54
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137364
摘要

This work synthesized a series of hollow Cu2[email protected]2-x nanoboxes by using Cu2O nanocubes as precursor. Electron paramagnetic resonance (EPR) and X-ray absorption spectroscopy (XAS) analysis identified the existence of Sv in Cu2[email protected]2-x. Sulfadiazine (SDZ), a typical antibiotic, was selected as the target contaminant to evaluate the catalytic activity of Cu2[email protected]2-x via H2O2 activation. With adding 0.2 g/L Cu2[email protected]2-2 and 5 mM H2O2, 95.9% of SDZ (20 μM) was removed in 60 min and the reaction rate constant obtained by Cu2[email protected]2-2 (0.239 min−1) was improved by 4 times and 10 times in contrast with Cu2S (0.0622 min−1) and MoS2 (0.0219 min−1). EPR analysis and radical scavenger tests confirmed •OH and 1O2 as the dominated reactive oxygen species (ROS). In Cu2[email protected]2-2 activated H2O2 system, the yield of 1O2 was 6.12 × 10-14 mol/L, more than 8 times that in Cu2S/H2O2 system (0.73 × 10-14 mol/L). Density functional theory (DFT) calculation revealed that the Cu atoms exposed by the formation of Sv on Cu2[email protected]2-2 were the preferred adsorption sites for O2, which further achieved the conversion of O2 to •O2−. In the activation process, Cu2S mainly produced •OH through sulfur-enhanced Fenton process, while MoS2 shell accounted for the O2 production. Thereafter, the obtained O2 acquired electrons from the Cu atoms exposed by Sv to produce •O2−, followed by the generation of 1O2. The cooperation between MoS2 and Cu2S resulted in the superior catalytic activity. The excellent recyclability, stability, and adaptability demonstrated Cu2[email protected]2-2 as a reliable candidate for activating H2O2 toward refractory organics degradation.
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