Push–Pull Engine─Electron Pumping by Anchored Ligands over ZnO/C: Boosting Photo-Fenton-Like Catalysis without Additional Oxidants

Boosting(机器学习) 催化作用 光化学 电子 化学 光催化 材料科学 化学工程 计算机科学 物理 工程类 有机化学 量子力学 机器学习
作者
Kajal Sharma,Ravinder Kaushik,S.C. De,Astha Singh,Rituporn Gogoi,Bidisa Das,Aditi Halder,Prem Felix Siril
出处
期刊:ACS ES&T engineering [American Chemical Society]
卷期号:4 (6): 1331-1345
标识
DOI:10.1021/acsestengg.3c00626
摘要

Effective production of reactive oxygen species (ROS) is essential for advanced oxidation processes in water treatment. This research delves into the enhancement of photo-Fenton response using an unconventional catalyst, zinc-oxide/carbon hierarchical nanocomposite microspheres (ZnO/C HNMs), to facilitate the photocatalytic oxidation of pollutants. Among the investigated electron-donating organic ligands, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) exhibited the most significant impact. Through in-situ UV-irradiated XPS, density functional theory calculations, and optical characterizations, a 'push–pull' effect of electrons between EDTA and the carbon collector has been elucidated. This effect facilitates the accumulation of photogenerated holes and electrons over the carbon and ZnO components of ZnO/C-EDTA HNMs, respectively, thereby endowing them with dual functionality as photo-Fenton catalysts capable of both in-situ H2O2 generation and activation. ZnO/C-EDTA HNMs demonstrate outstanding photocatalytic pollutant removal efficiency, achieving levels of up to 500 mg g–1, surpassing those of other reported Zn-based photocatalysts. Moreover, the enhancement induced by the ligand extends beyond pollutant removal, manifesting in significantly increased photocatalytic H2 production when combined with a Pt cocatalyst and glucose as a sacrificial biomass. This underscores the versatility and applicability of the ZnO/C-EDTA HNMs across different environmental remediation scenarios. This discovery presents a novel strategy for modulating charge transfer over transition-metal-oxide/carbon interfaces using electron-donating ligands, with significant implications for efficient wastewater treatment and other related environmental applications.
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