Superexchange‐Assisted Fe(IV)=O Chain Formation on Scalable Iron Single‐Atom Catalysts for Low‐Chemical Water Purification in Flow

催化作用 材料科学 聚合 化学工程 饮用水净化 吸附 磁选 亚稳态 水处理 流动化学 废水 选择性 乙二醇 人体净化 工作(物理) 多相催化 污染物 纳米技术 分子 齿合度 污水处理 控制重构 分解水 过渡金属 无机化学 体积流量
作者
H Liu,Jingru Wang,M W Huang,Ai-Yong Zhang,Wei Wang,Lian‐Lian Liu,Yuan Min,Jie‐Jie Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (39): e73668-e73668
标识
DOI:10.1002/adma.73668
摘要

ABSTRACT Polymerization‐based wastewater treatment can couple decontamination with resource recovery at low energy input by transforming dilute organics into separable products. However, it requires selective oxidant activation, and iron, although abundant and industrially relevant, often forms metastable over‐oxidizing adducts that suppress polymerization selectivity. Here, we design and synthesize a distance‐tailored iron single‐atom catalyst (Fe‐SAC) featuring a coupled Fe 1 ‐Fe 2 pair that enables sequential generation of reactive Fe(IV)═O species from peroxymonosulfate. Theory and experiments reveal that formation of the first Fe 1 (IV)═O triggers a spin‐state transition of the adjacent Fe 2 site to a high‐spin configuration, while the finely tuned Fe 1 ─Fe 2 separation geometrically matches the O─O bond in the oxidant. This spin reconfiguration strengthens Fe─O covalency and promotes a superexchange‐assisted pathway, leading to chain formation of Fe 2 (IV)═O through bidentate axial bonding and site‐to‐site electronic coupling. In a continuous‐flow reactor, the scalable Fe‐SAC increases polymerization selectivity from 29.9% to 73.3% and boosts electron utilization from 156.8% to 443.8%. Life‐cycle and techno‐economic analyses further indicate ∼88% and ∼79% reductions in environmental impacts for catalyst synthesis and operation, respectively, together with an estimated ∼90% decrease in pollutant removal cost. This work establishes a design principle to unlock selective Fe(IV)═O chemistry for low‐chemical, polymerization‐based water purification with engineering viability.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
史萌发布了新的文献求助30
刚刚
善良的梦桃完成签到,获得积分10
刚刚
dismember120发布了新的文献求助10
刚刚
传奇3的应助被11155采纳,获得10
刚刚
dismember120发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
kvning完成签到,获得积分10
刚刚
小鱼完成签到,获得积分10
1秒前
dismember120发布了新的文献求助30
1秒前
1秒前
1秒前
2秒前
2秒前
2秒前
2秒前
123完成签到,获得积分10
2秒前
小白发布了新的文献求助10
2秒前
段仁杰完成签到,获得积分0
2秒前
乐乐的应助被DBT采纳,获得10
3秒前
77完成签到 ,获得积分10
3秒前
dismember120发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
dismember120发布了新的文献求助10
3秒前
dismember120发布了新的文献求助10
4秒前
ff不吃芹菜完成签到 ,获得积分10
4秒前
dismember120发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
dismember120发布了新的文献求助30
4秒前
热爱胃肠的小赖完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
5秒前
5秒前
5秒前
耗尽完成签到,获得积分10
6秒前
马伯乐发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
小南同学完成签到,获得积分20
6秒前
爆米花的应助被栗悟饭采纳,获得10
6秒前
6秒前
77关注了科研通微信公众号
7秒前
高分求助中
(应助此贴封号)通过应助OA文献获取积分 10000
Organizational Behavior 510
A Silent Apostrophe:The Fayum Portraits 350
Sing with Understanding: Introduction to Theology in Christian Congregational Song, 3rd ed 330
Fractal analysis evaluation of regenerated bone in grafted and graftless maxillary sinus elevation procedures 300
Protection enhancement strategies of potential outbreaks during Hajj 300
Management of a religious mass gathering in North India: Parkash Utsav 550 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 计算机科学 工程类 纳米技术 有机化学 化学工程 内科学 物理 生物化学 复合材料 催化作用 细胞生物学 人工智能 心理学 无机化学 基因 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7841791
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9363230
关于积分的说明 20631372
捐赠科研通 7436641
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3340010
关于科研通互助平台的介绍 2484553
邀请新用户注册赠送积分活动 2362097