Carbon vacancies in porous g-C3N4 nanosheets induced robust H2O2 production for highly efficient photocatalysis-self-Fenton system for metronidazole degradation

光催化 降级(电信) X射线光电子能谱 化学工程 材料科学 碳纤维 聚合 化学 催化作用 聚合物 复合材料 计算机科学 有机化学 复合数 电信 工程类
作者
Rujin Li,Ming Zheng,Xin Zhou,Dan Zhang,Yan Shi,Chunxiang Li,Min Yang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:464: 142584-142584 被引量:90
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142584
摘要

In this paper, porous g-C3N4 nanosheets with carbon vacancies (Cv-PCNNS) are developed for the photocatalysis-self-Fenton system for efficient metronidazole degradation without the addition of H2O2. These Cv-PCNNS are produced through the thermal polymerization of urea and subsequent heat treatment in Ar. The carbon vacancies are characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, elemental analyzer, etc. Carbon vacancies in the Cv-PCNNS accelerate not only photo-induced charge separation but also improve O2 activation. Meanwhile, based on DFT calculations, the amino groups surrounding C vacancies provide H for photocatalytic O2 reduction to H2O2 and capture H from the surroundings to restore its original appearance. The H2O2 production rate formed by the O2 one-step dual-electron reduction reaction caused by the introduction of C vacancies reached 984.8 μmol L−1 h−1 under optimum conditions, which is 10 times higher than the original bulk g-C3N4. The metronidazole degradation rate is increased to 90.7% within 100 min, and the removal rate is higher than conventional Fenton technology by utilizing the cascade mode in the photocatalysis-self-Fenton reaction. This novel and viable route for efficient metronidazole degradation will be beneficial to other organic pollutants degradation in actual applications.
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