Anchoring single-atom Cu on tubular g-C3N4 with defect engineering for enhanced Fenton-like reactions to efficiently degrade carbamazepine: Performance and mechanism

化学 降级(电信) 空位缺陷 单线态氧 氧化还原 光化学 Atom(片上系统) 化学工程 氧气 无机化学 结晶学 有机化学 计算机科学 电信 嵌入式系统 工程类
作者
Jianrong Qiu,Dongbo Wang,Yuguang Chang,Qingge Feng,Zheng Liu,Menghan Pang,Donghuan Meng,Yuyan Feng,Chenghua Fan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:479: 147841-147841 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147841
摘要

Efficient construction of the active site is crucial for Fenton-like reactions. In this study, tubular carbon nitride with different vacancies (V-TCN) was prepared by simple temperature control. The affinity of the nitrogen atom generated by the carbon vacancy was used to anchor single-atom Cu, which achieved the precise regulation of Cu, reduced agglomeration, and maximally exposed the active site to enhance the activation of H2O2. Density functional theory calculations revealed that the single-atom Cu anchored in the C2 vacancy exhibited the lowest formation energy and the shortest Cu-N bonds. The results showed that Cu/V550-TCN had excellent degradation performance for the hard-to-degrade carbamazepine over a wide pH range (pH = 5–11), and singlet oxygen was the main active species during the degradation process. Additionally, the redox cycles of Cu(I)/Cu(II) and Cu(II)/Cu(III) accelerated the Fenton-like reaction. Five possible degradation pathways for carbamazepine were proposed based on liquid phase mass spectrometry analysis. This study provides a new insight into the role of surface defects in regulating the active site to promote the Fenton-like reaction for the degradation of stubborn pollutants.
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