Oxygen and Chlorine Dual Vacancies Enable Photocatalytic O2 Dissociation into Monatomic Reactive Oxygen on BiOCl for Refractory Aromatic Pollutant Removal

化学 氧气 光化学 离解(化学) 单原子离子 光催化 污染物 耐火材料(行星科学) 无机化学 环境化学 材料科学 催化作用 有机化学 冶金
作者
Zhiping Yang,Yanbiao Shi,Hao Li,Chengliang Mao,Xiaobing Wang,Xiufan Liu,Xiao Liu,Lizhi Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (6): 3587-3595 被引量:134
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c08532
摘要

Room-temperature molecular oxygen (O2) dissociation is challenging toward chemical reactions due to its triplet ground-state and spin-forbidden characteristic. Herein, we demonstrate that BiOCl of oxygen and chlorine dual vacancies can photocatalytically dissociate O2 into monatomic reactive oxygen (•O-) for the ring opening of aromatic refractory pollutants toward deep oxidation. The electron-rich and geometry-flexible dual vacancies of oxygen and chlorine remarkably lengthen the O-O bond of adsorbed O2 from 1.21 to 2.74 Å, resulting in the rapid O2 dissociation and the subsequent •O- formation. During the photocatalytic degradation of sulfamethazine, the in situ-formed •O- plays an indispensable role in breaking the critical intermediate of pyrimidine containing a stubborn aromatic heterocyclic ring, thus facilitating the overall mineralization. More importantly, BiOCl of oxygen and chlorine dual vacancies is also superior to its monovacancy counterparts on the degradation of other refractory pollutants containing conjugated six-membered rings, including p-chlorophenol, p-chloronitrobenzene, p-hydroxybenzoic acid, and p-nitrobenzoic acid. This study sheds light on the importance of sophisticated defects for regulating the O2 activation manner and deliveries a novel O2 activation approach for environmental remediation with solar energy.
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