Facile synthesis of N-doped 3D graphene aerogel and its excellent performance in catalytic degradation of antibiotic contaminants in water

气凝胶 石墨烯 催化作用 氧化物 材料科学 吸附 介孔材料 化学工程 三聚氰胺 光化学 兴奋剂 纳米技术 化学 有机化学 光电子学 工程类
作者
Jun Wang,Xiaoguang Duan,Qi Dong,Fanpeng Meng,Xiaoyao Tan,Shaomin Liu,Shaobin Wang
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:144: 781-790 被引量:144
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2019.01.003
摘要

3D nitrogen-doped graphene aerogels (NGA) with hierarchically porous architectures and integrated macrostructures were facilely constructed by self-assembly of graphene oxide (GO) nanosheets and melamine. NGA exhibited excellent catalytic activities in peroxymonosulfate (PMS) activation for oxidative degradation of ibuprofen (IBP). NGA attained 44- and 8-fold enhancement in reaction rate over graphene aerogel (GA) and N-doped reduced graphene oxide (NrGO), respectively. Furthermore, the chemical reactivity of NGA could be facilely recovered by thermal annealing. The superior catalysis of NGA can be ascribed to the synergistic effects of 3D porous framework and N-doping in sp2-hybridized NGA. Graphitic N is demonstrated to be the intrinsic active sites in PMS activation. The 3D porous architecture is beneficial for adsorption and diffusion of the pollutant/oxidant and graphitic carbons within the conjugated π system facilitate the electron transfer. Electron paramagnetic resonance and radical quenching tests indicate that NGA/PMS is a radical-based system, where SO4•− and •OH with strong oxidative potentials account for the catalytic degradation of IBP. This study affords an innovative strategy for development of promising metal-free catalysts towards better advanced oxidation processes.
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