Efficient Peroxymonosulfate Activation over Cobalt-Encapsulated Nitrogen-Doped Carbon Hollow Nanospheres toward Tetracycline Degradation: Performance and Catalytic Mechanism

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作者
Jin Qian,Sai Bai,Guoping Xiang,Dandan Zhang,Junmei Zhou,Minxian Cheng,Xiaohong Zhao,Xinying Chen,Yichu Zhang,Yueping Bao,Xiangning Xu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (24): 35423-35435 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsami.5c04066
摘要

In this study, cobalt-encapsulated nitrogen-doped carbon hollow nanospheres (Co@NCs) were synthesized for peroxymonosulfate (PMS) activation and tetracycline (TC) degradation. Co@NCs synthesized at a high pyrolysis temperature exhibited relatively higher graphitic N and C═C contents, which effectively regulated the electron density of Co sites, enhancing the PMS activation efficiency. In the Co@NCs-900/PMS system, remarkable TC removal efficiency (97.14%, k obs = 0.179 min –1 ) and TOC removal (63.62%) were achieved within 60 min. Based on the quenching tests, EPR technology, and electrochemical measurements, a synergistic radical and nonradical pathway was unveiled, with SO 4 •–, 1 O 2, and ETP dominated. Co@NCs-900/PMS showed efficient catalytic performance and practical application potentials without interference from organic and inorganic compounds under the experimental background. Additionally, over 80% TC removal could be achieved after the seven-cycle catalytic reaction and showed negligible Co 2+ leaching, indicating superior recyclability. Chemical analysis and DFT calculation revealed that PMS adsorption and activation could be strengthened by modulating the electron density with Co and N serving as the active sites. Overall, this study provides valuable insights into the incorporation of metal sites on N-doped carbonaceous catalysts for Fenton-like reactions in water purification applications.
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