Atomically dispersed Fe/Bi dual active sites single-atom nanozymes for cascade catalysis and peroxymonosulfate activation to degrade dyes

催化作用 化学 协同催化 罗丹明B 扩展X射线吸收精细结构 光化学 活动站点 核化学 无机化学 双金属片 吸收光谱法 光催化 有机化学 量子力学 物理
作者
Qiumeng Chen,Yuan Liu,Yuwan Lu,Yuejie Hou,Xiaodan Zhang,Wenbing Shi,Yuming Huang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:422: 126929-126929 被引量:140
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2021.126929
摘要

Constructing single-atom nanozymes (SAzymes) with densely exposed and dispersed double metal-Nx catalytic sites for pollution remediation remains rare and challenging. Herein, we report a novel Fe-Bi bimetallic MOF-derived carbon supported Fe-N4 and Bi-N4 dual-site FeBi-NC SAzyme for cascade catalysis and peroxymonosulfate activation to degrade dye pollutants, which is synthesized from the Fe-doped Bi-MOF as a precursor. The formation of both Fe-N4 and Bi-N4 sites is demonstrated by XANES and EXAFS. The FeBi-NC SAzyme has high single atoms loadings of Fe (2.61 wt%) and Bi (8.01 wt%), and displays 5.9- and 9.8-fold oxidase mimicking activity enhancement relative to the Fe-NC and Bi-NC SAzymes, respectively. When integrated acetylcholinesterase (AChE) and FeBi-NC SAzyme, a cascade enzyme-nanozyme system is developed for selective and sensitive screening of AChE activity with a low detection limit of 1 × 10-4 mU mL-1. Both Fe-N4 and Bi-N4 in FeBi-NC display a strong binding energy and electron donating capability to promote peroxymonosulfate activation to generate highly active intermediates for rhodamine B degradation. 100% rhodamine B removal occurs within 5 min via FeBi-NC mediated activation of peroxymonosulfate. The DFT calculations reveal that high activity of FeBi-NC is due to the isolated Fe-N4 and Bi-N4 sites and their synergy.
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