Spin‐Regulated Fenton‐Like Catalysis for Nonradical Oxidation over Metal Oxide@Carbon Composites

材料科学 催化作用 复合材料 氧化物 金属 自旋态 碳纤维 吸附 光化学 过渡金属 纳米复合材料 自旋(空气动力学) 氧化还原 纳米颗粒 氧化态 化学物理 纳米技术 无机化学 复合数 物理化学 冶金 有机化学 物理 热力学 化学
作者
Bofeng Li,Ya Liu,Kunsheng Hu,Qin Dai,Chunmao Chen,Xiaoguang Duan,Shaobin Wang,Yuxian Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (36) 被引量:62
标识
DOI:10.1002/adfm.202401397
摘要

Abstract The spin state of the transition metal species (TMs) has been recognized as a critical descriptor in Fenton‐like catalysis. The raised spin state of dispersed TMs in carbon will enhance the redox processes with adsorbed peroxides and improve the oxidation performance. Nevertheless, establishing the spin‐activity correlations for the encapsulated TM nanoparticles remains challenging because of the difficulties in fine‐tuning the spin state of TM species and the insufficient understanding of orbital hybridization states upon interaction with peroxides. Here, the advantage of the fast‐temperature heating/quenching of microwave thermal shock is taken to engineer the structure and spin state of encapsulated TMs within the N‐doped graphitic carbons. The reduced TMs particle size and enhanced TMs‐carbon coupling increase surface entropy and regulate e g electron filling of the high‐spin TM‐N coordination, endowing electrons with high mobility and facilitating peroxymonosulfate (PMS) adsorption. The strong interactions further uplift the PMS O 2p band position toward the Fermi level and thus elevate the oxidation potential of surface‐activated PMS (PMS * ) as the dominant nonradical species for pollutant degradation. The deciphered orbital hybridizations of engineered high‐spin TM and PMS enlighten the smart design of spin‐regulated nanocomposites for advanced water purification.
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