Identification of step-by-step oxidation process and its driving mechanism in the peroxymonosulfate catalytically activated with redox metal oxides

化学 催化作用 氧化还原 电子转移 光化学 电子顺磁共振 单线态氧 吸附 X射线光电子能谱 无机化学 解吸 氧气 物理化学 化学工程 有机化学 工程类 物理 核磁共振
作者
Xinquan Zhou,Qindi Zhao,Yong-Jing Tian,Jia Wang,Jawad Ali,Songlin Wang,Zhulei Chen,Zhuqi Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:436: 131256-131256 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.131256
摘要

This study proposed a step-by-step oxidation process based on the in-depth analysis of the catalytic mechanism of peroxymonosulfate (PMS) activated by the common MnO2-based catalyst-manganese octahedral molecular sieve (OMS-2). In the first stage, OMS-2-mediated electron transfer dominated the oxidation process. When PMS was completely consumed, the reaction entered the second stage, at which singlet oxygen (1O2) gradually turned into primary oxidation source. OMS-2-mediated electron transfer was proved based on the results of electrochemical analysis, phosphate substitution experiments, and Raman tests. Meanwhile, the oxidation process of 1O2 was unveiled by radical scavenging tests, electron paramagnetic resonance (EPR), and solvent-exchange experiment (from H2O to D2O). Moreover, superoxide radical (O2•−) generated from the reaction between PMS and metastable manganese intermediate was identified as the precursor of 1O2. O2•− generated in the first stage could significantly extend its half-life by adsorbing on the (2 1 1) plane of OMS-2, and then desorbed in the second stage and contributed to the formation of 1O2. More importantly, through the transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and DFT calculations, the essence of step-by-step oxidation driven by O2•− adsorption–desorption process was uncovered.
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