Unraveling the Synergy Mechanism between Photocatalysis and Peroxymonosulfate Activation on a Co/Fe Bimetal-Doped Carbon Nitride

双金属 催化作用 石墨氮化碳 光催化 化学 氮化碳 协同催化 兴奋剂 过渡金属 吸附 金属 氮化物 光化学 化学工程 材料科学 有机化学 物理化学 光电子学 图层(电子) 工程类
作者
Heng Shi,Yi He,Yubin Li,Peng Luo
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:13 (13): 8973-8986 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c01496
摘要

Fenton-like catalysis based on peroxymonosulfate (PMS) activation has shown great potential in the treatment of organic wastewater. Heterogeneous Fenton-like catalysts containing transition metal active sites are highly efficient for PMS activation. However, the reduction of oxidized metal active sites was usually not prompt due to the sluggish reaction kinetics, which caused the insufficient redox cycle of the metal active sites and further hampered the catalysis efficiency. Recent studies have shown that the synergy effect between photocatalysis and PMS activation may address the above obstacle and boost overall efficiency. However, a deeper understanding of this synergy effect is still missing, making it difficult to be rationally controlled; thus, a poor synergy effect is frequently reported. Herein, a Co/Fe bimetal-doped graphitic carbon nitride (g-C3N4) was designed representatively through systematical characterization and theoretical calculation, the synergy effect was revealed to be profoundly determined by the competitive role of a hole in the system and the adsorbed metastable PMS* on the catalyst surface, and furthermore, the synergy effect can be rationally manipulated; when the Co/Fe doping ratio is 2.5:2.5, the as-prepared g-C3N4 with a moderate valence band position can endow the catalyst with an optimized photo-Fenton-like synergistic effect and the highest catalytic degradation performance. This work sheds light on the rational design of highly efficient photo-Fenton-like catalysts.
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