Confinement of CoP Nanoparticles in Nitrogen‐Doped Yolk‐Shell Porous Carbon Polyhedron for Ultrafast Catalytic Oxidation

材料科学 催化作用 化学工程 纳米反应器 纳米颗粒 碳纤维 多孔性 纳米技术 化学 复合数 有机化学 复合材料 工程类
作者
Changqing Zhu,Shafei Zhao,Zhongwei Fan,Haide Wu,Fuqiang Liu,Zhao‐Xu Chen,Aimin Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (49) 被引量:145
标识
DOI:10.1002/adfm.202003947
摘要

Abstract Catalytic oxidation of toxic organic pollutants in water urgently requires improved efficiency for practical application. Here a wrapping‐pyrolysis strategy is exploited to convert CoP nanowires‐threaded ZIF‐8 into CoP nanoparticles‐confined nitrogen‐doped yolk‐shell porous carbon polyhedra, featuring high‐density active sites, and high adsorbability, dispersibility and conductivity (4‐High). The nanoreactor efficiently activates peroxymonosulfate for bisphenol A (BPA) degradation over a wide pH range and in saline solutions. The apparent kinetic rate constant (18.96 min −1 ) is the highest reported to date and exceeds those of reported catalysts by 1–2 orders of magnitude. Experimental and theoretical evidence reveals that the catalysis occurs at the Co 4 P 4 @graphitic nitrogen‐doped graphene site to produce surface‐bound SO 4 •− and induce direct electron abstraction for BPA degradation. The high catalytic activity is attributed to the unique yolk‐shell structure which concentrates catalytic and adsorptive sites within a confined space, as well as to the porous carbon polyhedron with high dispersibility and conductivity for fast mass and electron transport. Moreover, a fluidized‐bed catalytic unit is constructed and enables continuous zero discharge of BPA and easy nanocatalyst recycling. This work will guide “4‐High” catalyst design to improve future deep water purification technology.
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