Integrative Lattice and Surface Engineering of Nanoscale Fe0 for Superior Dechlorination of Trichloroethene in Groundwater: Coordination in Reactivity, Selectivity and Stability

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作者
Feilong Gao,Guofang Xu,Mingyi Zhang,Honghong Lyu,Han‐Chun Wu,Jingchun Tang,Xinhua Xu,Jianzhong He
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202502867
摘要

Nanoscale zero‐valent iron (nFe0) materials hold great promise in environmental remediation, yet achieving high reactivity, selectivity, and stability in reduction remains a long‐standing challenge. Here, we address this challenge by innovatively employing Ni lattice and FeS surface engineering to fabricate novel nFe0‐based nanomaterials (dubbed as FeNix@FeSy), featuring FeNi as the core and FeS as the shell. The FeNi5@FeS10 delivered approximately 242.7‐ and 81.2‐times higher reactivity and selectivity, respectively, over unmodified nFe0 for the remediation of trichloroethene (a notorious environmental pollutant), while maintaining high stability in groundwater remediation. We found that the core composition (i.e., Ni/Fe ratio) of FeNix@FeSyprimarily determined reactivity, governed by a tradeoff between the galvanic effect and lattice strain, while shell properties mainly controlled selectivity, despite some interactions between them. Density functional theory calculations revealed that the FeS surface served as a favorable adsorption site for TCE, and the low energy barriers (TS2, 0.19 eV) of FeNi5@FeS10 facilitated the cleavage of the first chlorine from TCE. Moreover, the core‐shell structure promoted electron transfer from the core to the shell and TCE. This integrative lattice and surface engineering strategy provides a new avenue for designing advanced functional materials for environmental remediation and beyond.
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