Dual‐Path Singlet Oxygen Generation by Sulfur Vacancy Tailored Atomic Iron Assembly for Sustainable Decontamination

材料科学 纳米团簇 催化作用 单线态氧 空位缺陷 纳米技术 纳米晶 纳米颗粒 化学工程 制作 吸附 硫黄 纤锌矿晶体结构 析氧 磁矩 自旋电子学 人体净化 过渡金属 金属 纳米线 光催化 产量(工程) 化学稳定性 催化效率 光化学 氧气 电子结构 单重态 杂原子 密度泛函理论 废水
作者
Jiaqing Chen,Xunheng Jiang,Can Li,Yue Chen,Miao Chen,C.P. Chen,Daohui Lin,Jiang Xu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (30) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202529001
摘要

Abstract Singlet oxygen ( 1 O 2 ) generation via single‐atom catalysis remains challenging in achieving both high efficiency and yield. Herein, S vacancies on MoS 2 are rationally engineered via a topochemical oxidation strategy, achieving Fe assembly from nanoparticles to nanoclusters and single atoms. Atomic Fe sites situated atop of Mo and isolated S vacancies primarily facilitated the SO 5 •− and O 2 •− pathways, respectively. This dual‐path generation of 1 O 2 achieved a high yield (0.36 m m ) with exceptional peroxymonosulfate utilization (73%). Isolated S vacancies allowed universal fabrication of high‐loading SA with stable M−S 3 coordination (M = Mn, Fe, Co, Ni, and Cu). This unique platform further elucidated modulation of dual‐path 1 O 2 generation by the inherent electronic structure of metals, depending on the 3 d orbital unoccupancy, d ‐band center spin, and magnetic moment of metallic SA. The optimized catalyst (Fe SA ‐MoS V2 ) demonstrated exceptional performance toward a broad spectrum of contaminant types and wastewater matrices, along with scalable treatment capacity (30 L) and long‐term operation (40 days, equivalent to 960 batch cycles). This study unveils a trade‐off relationship between the topological defective vacancy in structuring metal sites, catalytic activity, and long‐term stability in Fenton‐like catalysis, offering an innovative material design strategy for sustainable wastewater treatment.
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