MOF‐Derived Entropy‐Stabilized Quinary Alloy@Cellulose Aerogel for Ultrafast Tetracycline Degradation via PMS Activation

气凝胶 催化作用 化学 化学工程 材料科学 碳纤维 降级(电信) 浸出(土壤学) 纳米颗粒 氧化还原 吸附 纳米技术 氧气 光热治疗 氧化物 电子转移 无机化学 反应速率常数 四环素
作者
Javaria Khayaban E Erum,Thamraa Alshahrani,Xiao‐Gang Yang,Junkuo Gao
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:10 (3): e02192-e02192 被引量:2
标识
DOI:10.1002/smtd.202502192
摘要

Abstract The persistent contamination of aquatic ecosystems by recalcitrant tetracycline antibiotics demands advanced catalytic systems beyond conventional oxidation methods. Here, a sustainable high‐entropy catalyst, FeMnCoZnCu@NCNP@CA is reported, comprising MOF‐derived multi‐metallic nanoparticles confined within a nitrogen‐doped carbon matrix and anchored on a 3D cellulose aerogel scaffold. The hybrid is obtained by pyrolyzing a quinary FeMnCoZnCu–NTA MOF precursor. This hierarchical design integrates several key features: high‐entropy stabilization to suppress phase segregation, N‐doping‐driven charge redistribution to enhance conductivity and active‐site density and multivalent redox coupling to promote reactive oxygen species generation (SO 4 • − , •OH, 1 O 2 ) and accelerate electron transfer. The confined carbon matrix effectively minimizes metal leaching (<0.1 ppm), while the aerogel macroporosity ensures rapid diffusion and enables >85% catalyst recovery. Under optimal conditions ([Catalyst] = 0.25 g L − 1 , [PMS] = 0.31 g L − 1 , pH = 3), FeMnCoZnCu@NCNP@CA achieves >98% tetracycline degradation within 15 min, exhibiting a rate constant (k = 0.070 ± 0.013 min − 1 ) that is 4.2 times higher than the mono‐metallic Fe@NCNP and surpasses di‐, tri‐ and tetra‐metallic analogues. This work highlights MOF‐derived high‐entropy hybrids as a promising platform for antibiotic remediation through the synergistic integration of multi‐metallic entropy, nitrogen doping, structural confinement and biomass aerogel engineering.
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