Carbon defect induced electron transfer promotes electrocatalytic activation of molecular oxygen to selectively generate singlet oxygen for pollutants removal

单线态氧 光化学 电子转移 氧气 污染物 碳纤维 分子氧 化学 材料科学 有机化学 复合材料 复合数
作者
Yiyin Peng,Wenyu Xiao,Hui Wang,Zhaoyong Bian
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:363: 124820-124820 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2024.124820
摘要

This study explored the design of heterojunctions incorporating defective graphene and boron nitride (BN) to activate molecular oxygen (O₂) and degrade sulfamethoxazole (SMX) by establishing efficient electron transport channels. These heterojunction catalysts, designed using theoretical predictions, were synthesized by controlling carbon defect concentration and pyrolysis temperature. The optimized GBN cathode achieved a maximum SMX degradation rate of 0.0252 min⁻¹, with a total organic carbon (TOC) removal efficiency of 47.31 %. Singlet oxygen (¹O₂) was identified as the primary reactive oxygen species , exhibiting a generation rate of 18.66 μM min⁻¹ and contributing 93.5 % to SMX degradation. Results demonstrated that an optimal defect concentration enhances electron transfer, promoting the 2-electron reduction of O₂ to H₂O₂ and facilitating further H₂O₂ activation, thereby accelerating SMX degradation. This work advances the development of non-metallic cathodic catalysts and provides valuable insights into electrochemical degradation mechanisms for organic pollutants . • Carbon defects in metal-free heterojunctions establish electron transport channels. • Electron transfer within the heterojunction promotes transformation of O 2 to 1 O 2 . • Emerging pollutant sulfamethoxazole is efficiently removed by this electrocatalysis. • Carbon defects play key role in sustainable solutions for environmental remediation.
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