Cu single atoms anchored on hydrangea-like carbon nitride for facilitating photo-Fenton: Role of Cu2+/Cu+ cycle

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作者
Zhipeng Guo,Wei Wei,Yihang Li,Xianghong Niu,Fengming Hou,Jin Li,Xiaoke Zhang,Xiuyun Zhang,Ang Wei
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:344: 127290-127290 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.127290
摘要

Single-atom photo-Fenton (PF) reaction is widely employed for the degradation of antibiotics and water disinfection. However, the key fundamental issues of the valence state cycling of single-atom metals and the activation of hydrogen peroxide (H2O2) in the PF process remain indistinct. Herein, we developed a catalyst donated as Cu single atoms anchored hydrangea-like carbon nitride (Cu-SA/CNH) with Cu−N4 coordination for PF reaction. Compared to pristine CNH, the Cu-SA/CNH exhibited a 2.42-fold increase in PF kinetics. The Cu-SA/CNH/PF system achieved 98.1% degradation efficiency of tetracycline and effectively inactivated Escherichia coli within 30 min. Density functional theory calculations demonstrated that the formation of Cu−N4 effectively improved the energy of the Cu d orbitals, leading to the generation of intermediate states that facilitated the Cu2+/Cu+ cycle. The adsorption capacity of Cu dxz orbitals on H2O2 increased nearly 10 times. This work provides valuable insights for enhancing single-atom PF activity to address environmental pollution.
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