Activating Oxygen via the 3‐Electron Pathway to Hydroxyl Radical by La‐O4 Single‐atom on WO3 for Water Purification

过氧化氢 氧气 化学 羟基自由基 超氧化物 活性氧 光化学 过氧化物 激进的 有机化学 生物化学
作者
Zhiruo Zhou,Shiyi Zhao,Zhihao Li,Pengfei Wang,Sihui Zhan,Meizhen Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:21
标识
DOI:10.1002/anie.202418122
摘要

Abstract Shifting photocatalytic oxygen activation towards 3‐electron (e − ) pathway to hydroxyl radicals, instead of the normal 1 e − to superoxide radicals, becomes increasingly important for pollution degradation since hydroxyl radicals possess a high oxidation potential (2.80 V). Here, we demonstrate a selective oxygen activation to hydroxyl radicals via 3 e − pathway using single atomically dispersed La based on WO 3 fabricated with oxygen vacancies to weaken La−O coordination strength (denoted as LaO 4 −WO v ). Unsaturated‐state La overcomes the rate‐limited step of 2 e − oxygen reduction reaction towards to hydrogen peroxide via tuning binding free energy of key reaction intermediate *OOH, stepped by easy generation of hydroxyl radicals via 1 e − . This strategy alters the activation of oxygen process from 1 e − to 3 e − . Hydrogen peroxide and hydroxyl radicals over LaO 4 −WO v produces 3.8 and 3.3 mmol L −1 h −1 , 35 and 8 times that of detected over WO 3 , respectively. Rapid and complete removal of tetracycline realizes over LaO 4 −WO v with 0.077 min −1 of rate constant, 38 times that of WO 3 . Degradation efficiencies keep greater than 98 % following five repeats, revealing a practical‐utilization‐level robust stability. This work builds an unsaturated‐state transition metal site for manipulating oxygen activation towards an effective water purification as a representative application.
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