Embedding Fe/Fe3O4 Heterojunctions in Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes for Efficient Removal of Organic Pollutants via Heterogeneous Electro-Fenton Catalysis

催化作用 污染物 碳纳米管 氮气 碳纤维 多相催化 化学 无机化学 异质结 环境化学 化学工程 兴奋剂 材料科学 纳米技术 有机化学 复合数 复合材料 工程类 光电子学
作者
Peiran Luo,Fuping Zhang,Guo‐Yu Yang,Yue Chen,Min Li,Yan Luo,Liang Jiang,Qian Zhou,Yi Wang,Bo Xing
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:41 (28): 18809-18820 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c02120
摘要

The electro-Fenton process is considered one of the most reliable techniques for eliminating organic pollutants from water. However, its performance is still not up to par with its potential due to the lack of cathodic catalysts with the essential cycling catalytic functionality required for sustained Fenton reactions. Herein, Fe and Fe3O4 heterojunctions embedded in N-doped carbon nanotubes stitched on porous nitrogen-doped carbon (denoted Fe/Fe3O4@PNC) are fabricated and employed as a bifunctional cathode catalyst for the highly efficient degradation of organic pollutants. The N-doped carbon with rich pyridinic-N sites enables in situ generation of H2O2 via a two-electron oxygen reduction reaction (ORR), while Fe/Fe3O4 heterojunctions with multivalent states promote the cycling efficiency of Fe3+/Fe2+ for activating H2O2 to produce reactive oxidative species (ROS) of O2- and 1O2. Benefitting from the synergistic effects between Fe/Fe3O4 heterojunctions and N-doped carbon nanotubes, along with abundant mass transfer channels and rapid Fe3+/Fe2+ cycling, Fe/Fe3O4@PNC, as a heterogeneous cathode electrocatalyst, displays superior catalytic activity, achieving a favorable organic pollutant removal efficiency of 98.72% within 1 h. This study provides a feasible way to the rational design of Fe-based heterojunction cathode materials for an efficient electro-Fenton process.
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